مدتها است که فیزیکدانان کوانتومی نتوانستهاند گرانش(اولین نیروی کشف شده در کیهان) را به زیرمجموعه فیزیک کوانتوم اضافه کنند. گروهی از محققان بتازگی آزمایشی را انجام دادند که میتواند تعریف جدیدی برای ماهیت گرانش ارائه کرده و درک ما از نیروهای بنیادین طبیعت را تغییر دهد.
مکانیک کوانتوم نظریهای است که در باب ذرات بنیادین و نیروهای آنها، به جز نیروی گرانش، ارائه شده است. برای اینکه بدانیم چه اتفاقاتی درون یک سیاهچاله میافتد و یا چه اتفاقاتی در زمان بیگ بنگ روی داده است، باید نظریههای گرانش و مکانیک کوانتوم را با یکدیگر ادغام کنیم. مشکل اینجاست که این دو نظریه در صورت ادغام، دیگر صحت نخواهند داشت.
اگر گرانش، یک نیروی نهان مکانیک کوانتوم باشد، باید درهمتنیدگی ذرات فوتون را در اجرامی که در حال سقوط اند نیز مشاهده کرد. به بیان دیگر، اگر دو جسم(دارای شکل و زاویه افقی کاملا یکسان) در حال سقوط باشند، بنابراین باید محاسبۀ ویژگیهای یک جسم بر روی جسم دیگر اثر آنی بگذارد. سوگاتو بوز به همراه همکاران خود در دانشگاه لندن آزمایشی را طراحی کردند که این فرضیه را مورد بررسی قرار دهند.
یک ذره خنثی را در نظر بگیرید که ۱۰ تا ۱۴ کیلوگرم وزن دارد. درون این ذره، مادۀ چرخندهای وجود دارد که میتواند بالا یا پایین برود. اگر شما این ذره را در میدان مغناطیسی بیاندازید که دائما در حال تغییر است، قاعدتا باید مسیر این ذره، به گونه ای که گویا به یک دیاپازون برخورد میکند، بر اساس چرخش ماده درون این ذره تغییر کند؛ یعنی به جای بالارفتن به سمت چپ و به جای پایین رفتن به سمت راست میرود.
مکان ذره در زمان پایین رفتن آن، در برهمنهی یا فضای همزمان هر دو مسیر میباشد(گربه شرودینگر را در نظر بگیرید). از لحاظ فنی، ذره از زمان افتادن می تواند در هر دو مسیر باشد(استثنائا در این مورد، زمان را یک بردار خطی در نظر نگیرید). با ادغام تمام مسیرها، میتوان حالتی را مشاهده نمود که ذره در آن مسیری با کوتاهترین خط سیر انتخاب میکند.
به منظور دوری از هر واکنش گرانشی، فاصلۀ میان هر خط سیر نباید کمتر از ۲۰۰ میکرومتر باشد. آزمایشی میتواند به ما نشان دهد که اجزای چرخش این ذرات، با برگرداندن مواد مذکور به حالت اولیه، برهمنهی دارند یا خیر. از این رو، چنین آزمایشی می تواند دخالت نیروهای دیگری نظیر نیروی کاسیمیر یا واکنشهای الکترومغناطیسی را رد کند. گرچه بوز اظهار داشت باید این نکته را به خاطر داشته باشیم که عدم مشاهده برهمنهی نمیتواند ثابت کند که گرانش مربوط به فیزیک کلاسیک میباشد؛ مگر اینکه آزمایش نشان دهد هیچ واکنشی با محیط، نظیر برخورد با فوتونها یا مولکولهای آزاد رخ نداده باشد.
کیهان کوانتومی
آنتواین تیلوی از موسسه ماکس پلانک در آلمان به این نکته اشاره داشت که نتایج مثبت این آزمایش، تنها برخی از جنبه های گرانش کلاسیک را نقض خواهد کرد. او در مصاحبه با مجله New Science اظهار داشت: «مبحث گرانش آنقدر گسترده است که نتیجه کار را همچنان شگفتانگیز خواهد کرد.»
در ادامه مقالهی مجله فوق، مانلی درخشانی از دانشگاه اوترخت هلند اذعان داشت: «اگر نتیجه آزمایش فوق مثبت نباشد، به این معنی خواهد بود که گرانش، ریشه کوانتومی ندارد. این مسئله میتواند سوالاتی پیچیده و جالب در این خصوص پدید بیاورد که چه زمان و چگونه گرانش در زمان انتقال کوانتوم-کلاسیک ماده، اتفاق می افتد. اگر نتیجه بیطرف و مساوی باشد، بسیار تعجب برانگیز خواهد بود.» با دستیابی به ابزارهای پیشرفتهتر و شواهد علمی بیشتر میتوان قدمی به سوی یافتن پاسخی برای این پرسشهای قدیمی یافت و عصری طلایی برای افرادی ساخت که همواره به دنبال نظریه واحدی برای فیزیک بودند.