قد تساعد قياس جديد لـ G الكبير الفيزياء على إنهاء أحد أقدم خلافاتها التجريبية

لماذا تظل الجاذبية أصعب قوة يمكن تحديدها بدقة

قضى الفيزيائيون قرونًا في محاولة قياس الثابت الثقالي، المعروف بـ G الكبير، ومع ذلك لم يصلوا بعد إلى اتفاق مستقر. وهذا أمر لافت لأن G أحد أكثر الأعداد أساسية في الفيزياء. لكن على خلاف القياسات المرتبطة بالكهرومغناطيسية أو الأنظمة الكمية، فإن التجارب الموجهة لدراسة الجاذبية أنتجت مرارًا قيمًا لا تتطابق بوضوح مع بعضها بعضًا. والنتيجة الجديدة التي أبرزتها New Scientist لا تحسم الخلاف بشكل قاطع، لكنها قد تمثل واحدة من أقوى المحاولات حتى الآن لبيان كيف يمكن في النهاية تضييق نطاقه.

تبدأ الصعوبة من الجاذبية نفسها. فهي أضعف بكثير من القوى الأساسية الأخرى، ما يجعل تأثيراتها بين الأجسام المخبرية صغيرة للغاية. وفي الوقت نفسه، لا يمكن حجب الجاذبية كما يمكن عزل بعض التأثيرات الأخرى أو تقليلها. وهذا يضع المجربين أمام مهمة رصد إشارات متناهية الصغر في ظروف تكون فيها قوة الأرض الخلفية حاضرة دائمًا، وأي مصدر خطأ غير ملحوظ قد يشوه القيمة النهائية.

عودة حديثة إلى أداة كلاسيكية

يعتمد العمل الجديد، الذي قاده Stephan Schlamminger في المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتقنية، على منهج ميزان الالتواء الذي استخدمه Henry Cavendish لأول مرة عام 1798. وفي الفكرة الأساسية، تُعلَّق كتل صغيرة بحيث يؤدي التجاذب الثقالي الضعيف من الأجسام القريبة إلى التواء طفيف جدًا. ومن خلال قياس هذا الالتواء بعناية شديدة، يستطيع الباحثون استنتاج قوة الجاذبية بين الكتل. المبدأ قديم، أما التحدي فهو جعل كل جزء من الإعداد مستقرًا ومُعايرًا ومفهومًا بما يكفي حتى لا تطغى الشكوك على النتيجة.

في التجربة الأحدث، كان الجهاز أكثر تطورًا بكثير من سلفه التاريخي. ووفقًا للنص الأصلي، استخدم الفريق ثمانية أوزان وُضعت على منصتي دوران مضبوطتين بدقة، وعلّق النظام بشرائط يبلغ سمكها تقريبًا سمك شعرة بشرية. كما كان العمل إعادة تنفيذ دقيقة لتجربة أُجريت لأول مرة في فرنسا عام 2007. وبدلًا من التسرع في نشر رقم واحد، أمضى الباحثون عقدًا كاملًا في قياس كل مصدر محتمل من مصادر عدم اليقين وتقليصه.

ما أهمية هذه النتيجة

تكمن أهمية القياس الجديد أقل في الإثارة العناوينية وأكثر في المنهج. فخلال سنوات، ظلّت مشكلة G الكبير محبطة جزئيًا لأن تجارب موثوقة اختلفت بما يكفي لطرح احتمالات مزعجة. ربما لا تزال الأجهزة تخفي أخطاء منهجية. وربما تتعامل المختبرات مع الفيزياء نفسها بطرق مختلفة بشكل دقيق. وفي أكثر القراءات افتراضية، ربما تكون الجاذبية نفسها أقل بساطة تجريبيًا مما افترضه الفيزيائيون. الدراسة الجديدة لا تؤكد هذه الشكوك الأعمق، لكنها تعزز الحجة القائلة إن القابلية الدقيقة لإعادة الإنتاج هي الطريق للخروج من هذا المأزق.

ولهذا السبب تظل هذه النتيجة مهمة حتى من دون أن تنهي الجدل. فإعادة بناء تجربة بعناية، وتنفيذها على مدى سنوات مع اهتمام لا يلين بعدم اليقين، يوفر نقطة مرجعية أقوى للأعمال المستقبلية. وإذا أمكن لفرق أخرى الآن أن تقارن مع قياس خاضع لضبط أشد صرامة، فقد يبدأ المجال في حسم ما إذا كانت الخلافات السابقة ناجمة عن عيوب تقنية خفية أم عن قضايا أوسع في تصميم التجارب.

تقدم هادئ بتبعات واسعة

نادرًا ما تولد القياسات الدقيقة الحماس العام نفسه الذي تولده جسيمات جديدة أو صورة فلكية، لكنها تشكل الأسس التي يُبنى عليها باقي الفيزياء. يفترض أن تكون الثوابت أرقامًا مستقرة تقف تحت النظرية والحساب. وعندما يظل أحدها محل نزاع، فإنه يكشف حدود التحكم التجريبي بطريقة مباشرة جدًا.

• ظل الثابت الثقالي صعب القياس على نحو غير معتاد لأن الجاذبية ضعيفة ولا يمكن حجبها.
• أعاد هذا التجربة الجديدة النظر في طريقة ميزان الالتواء الكلاسيكية مع ضبط أدق وتحليل لعدم اليقين استمر عقدًا كاملًا.
• قد تكون قيمته أقل في رقم واحد وأكثر في توفير معيار أكثر موثوقية للمقارنات المستقبلية.

إذا ساعد هذا القياس الجديد التجارب اللاحقة على الاقتراب من التوافق، فقد يعلن بداية نهاية أحد أكثر الخلافات المخبرية رسوخًا في الفيزياء. وإذا لم يفعل، فسيتعمق الغموض حول G الكبير أكثر. وفي كلتا الحالتين، يستحق هذا النتيجة اهتمامًا وثيقًا.

هذه المقالة مبنية على تقرير من New Scientist. اقرأ المقال الأصلي.