فيزياء

النسبية تجتاز اختبار السقوط

الأقمار الاصطناعية تُضيّق قياسات مبدأ التكافؤ

اجتاز مبدأ رئيس من مبادئ النظرية النسبية العامة General Theory of Relativity لآلبرت آينشتاين Albert Einstein اختبارا آخر بنجاح ولأول مرة في الفضاء. فقد أظهرت تجربة القمر الاصطناعي الفرنسي أنّ الأجسام ذات الكُتل المختلفة تسقط بالمعدل نفسه بالضبط تحت تأثير الجاذبية Gravity، تماما كما تمليه النظرية النسبية. والنتيجة هي التأكيد الأكثر دقة حتى الآن على مبدأ التكافؤ Equivalence Principle، الذي اختبره غاليليو غاليلي Galileo Galilei منذ أكثر من 400 سنة.  ويقول كليفورد ويل  Clifford Will، الفيزيائي النظري Theoretical Physicist من جامعة فلوريدا Florida في غينسفيل Gainesville: “تبدو المهمة أنها أدت أداء مدهشا.”

ويدرس الفيزيائيون مبدأ التكافؤ لأنّ أي انتهاك له يمكن أن يشير إلى قوى جديدة للطبيعة يمكن أن تحل المأزق الذي طال أمده بين النسبية العامة ونظرية الكمّ Quantum Theory.

ولم يجد القمر الاصطناعي ‘ميكروسكوب’ MICROSCOPE أي تباين في عجلة كتلتي الاختبار الصغيرتين إلى نحو جزء واحد في 100 تريليون (1014). وهذا أفضل من التجارب الأرضية الأكثر حساسية بعشرة أضعاف، والتي تبحث عن التفاوت في استجابة الأوزان لدوران الأرض.

ويستفيد ميكروسكوب الذي تبلغ قيمته 200 مليون يورو، والذي أطلقته وكالة الفضاء الفرنسية  (اختصارا: الوكالة CNES) في أبريل 2016، من تجنب الاهتزازات الأرضية Terrestrial Vibrations. ويعتمد على زوج من أغلفة أسطوانية متحدة المركز طولها بضعة سنتيمترات. والأسطوانة الخارجية مصنوعة من التيتانيوم وسبائك الألومنيوم، في حين أنّ الأسطوانة الداخلية تتكون من البلاتين والروديوم الأكثر كثافة. كما تدور المركبة الفضائية حول الأرض، تكون الأسطوانات في وضع السقوط الحر باستمرار. وتراقب الأقطاب موقعهما وتحافظ على مركزيتهما عن طريق تطبيق فرق جهد صغير لدفعهما إلى موقعهما باستخدام الاستاتيكية الكهربائية كلما ابتعدت. وبما أنّ القمر الاصطناعي يتتبع مدارا مدته ساعة ونصف، فإنّ الارتفاع والانخفاض المميز في الفرق بين الجهدين المطبقين قد يُشير إلى أنّ أحد الأسطوانات تسقط أسرع قليلا من الأخرى – ويشير إلى انتهاك مبدأ التكافؤ. وبعد أكثر من 1500 دورة قام بها القمر الاصطناعي، لم يجد فريق ميكروسكوب – مع باحثين من فرنسا وألمانيا وهولندا والمملكة المتحدة – أي إشارة من هذا القبيل، وقدّموا تقريرا في ورقة مقبولة للنشر بدورية رسائل المراجعات الفيزيائية Physical Review Letters. ومع 900 دورة بحثية أخرى قبل انتهاء المهمة في العام المقبل، قد يصل الفريق إلى هدفه المتمثل بتأكيد مبدأ التكافؤ لجزء واحد في كوادريليون (1015).

ويقول ويل إنه حتى الآن، لا تستبعد القياسات أي بديل محدد للنسبية التي تتوقع انتهاك التكافؤ. ومع ذلك، يقول إنّه من المهم الحفاظ على رفع الحساسيات في حالة تربّص فيزياء جديدة. ويقول: “لا نعرف حتى نصل إلى هناك.”

وسيختبر القمر الاصطناعي الإيطالي المُقترح، الذي سُمي غاليليو غاليلي على نحو ملائم، التكافؤ إلى دقة تصل إلى جزء واحد في 1017، جزئيا بدوران سريع وعزل أي إشارة صادرة عن تأثيرات نظامية أكثر تباطؤا. واقترح الباحثون في جامعة ستانفورد Stanford University في بالو ألتو Palo Alto بكاليفورنيا، قمرا اصطناعيا يهدف إلى الوصول إلى جزء واحد في 1018 باستخدام التجميد المُخفّف للضوضاء Noise-Reducing Cryogenics.

ولا يزال الباحثون الآخرون يأملون باستخدام مكثفات بوز-آينشتاين Bose-Einstein condensates – سُحب من الذرات الباردة التي تتصرف كموجة كمّية (كمومية) واحدة – للوصول إلى حدود ضيقة Science, 8 September, p. 986).

وتعترف آنا نوبيلي Anna Nobili، فيزيائية من جامعة بيزا University of Pisa في إيطاليا ، وباحث رئيس في غاليليو غاليلي، بأنّ إيجاد المال لبعثة فضائية أخرى لن يكون أمرا سهلا. ولكن النتيجة الأخيرة  كما تقول: “تدل على أنّ هذه الاختبارات سهلة في الفضاء.”

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق