علماء يحلون لغز الجاذبية الهائلة الذي دام 75 عامًا

الجاذبية - تلك القوة التي تُبقي أقدامنا على الأرض والكواكب التي تدور حول النجوم - فُهمت منذ زمن طويل من خلال عدسة نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين. في هذا الإطار، تُعرّف الجاذبية بأنها انحناء الزمكان الناتج عن الكتلة. ولكن لما يقرب من 75 عامًا، ظلّ سؤالٌ مُحيّرٌ يُطارد علماء الفيزياء النظرية: ماذا لو لم يكن الجسيم الذي يُحرّك الجاذبية - الجرافيتون - عديم الكتلة؟ أدّت هذه الفكرة إلى ظهور مفهوم الجاذبية الهائلة، وهي نظرية تُشير إلى أن الجرافيتونات قد تكون ذات كتلة ضئيلة غير صفرية. ستكون الآثار المترتبة على ذلك عميقة: ستسلك موجات الجاذبية سلوكًا مختلفًا، وقد يتغير التمدد الكوني، وقد يخضع نسيج الكون لأنواع جديدة من التفاعل. ومع ذلك، وعلى مدى عقود، واجهت محاولات صياغة نسخة مُتسقة رياضيًا من الجاذبية الهائلة مُفارقات. أنتجت بعض النماذج "أشباحًا" غير مرغوب فيها - حلولًا غير فيزيائية جعلت النظرية غير مستقرة. تعارضت نماذج أخرى مع تنبؤات أينشتاين بطرق دقيقة ولكنها حاسمة. لم يكن اللغز أكاديميًا فحسب. قد تُساعد نظرية متسقة للجاذبية الهائلة في تفسير الطاقة المظلمة، والتمدد المتسارع للكون، وربما حتى في حل مشكلة الثابت الكوني. ولكن حتى وقت قريب، ظلت الجاذبية الهائلة فكرةً بديعةً تفتقر إلى أساس متين.

فكّ الشيفرة: الإنجاز الذي غيّر كل شيء

جاء هذا الإنجاز ثمرة عقود من التطوير والتحسين المتكرر. بناءً على أعمال مورديهاي ميلغروم، وكلوديا دي رام، وغريغوري غابادزه، وآخرين، طوّر العلماء ما يُعرف الآن بنموذج دي رام-غابادزه-تولّي (dRGT)، وهي نظرية غير خطية تُدمج بنجاح كتلة غرافيتون ضئيلة دون توليد تناقضات رياضية أو حلول وهمية. يعمل نموذج dRGT عن طريق تعديل معادلات أينشتاين بدقة، مُضيفًا درجات حرية إضافية تحافظ على الاستقرار. ويفترض أن الغرافيتونات - مثل الفوتونات أو الغلوونات - جسيمات حاملة للقوة، ولكن بكتلة صغيرة للغاية. تغير هذه الكتلة سلوك الجاذبية على مسافات هائلة، مما قد يفسر الظواهر الكونية التي نكافح لتفسيرها بالجاذبية الكلاسيكية. جاء أحد أبرز التأكيدات للنظرية من خلال تحليل موجات الجاذبية. قدمت بيانات من مرصدي ليغو وفيرجو، اللذين يكتشفان التموجات في الزمكان الناتجة عن اصطدام الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية، قيودًا حاسمة. تطابقت سرعة انتشار هذه الموجات وتناقص سعتها مع ما تتوقعه الجاذبية الهائلة - ضمن هوامش ضيقة للغاية. لم يكن اكتشافًا مباشرًا لجرافيتون ضخم، ولكنه قدم دليلاً قويًا على أن النظرية قابلة للتطبيق. بفضل عمليات المحاكاة والملاحظات المتطورة، تمكن العلماء أخيرًا من حل المشكلات الأساسية التي ابتليت بها الإصدارات السابقة من النظرية. خلقت الصيغة الخالية من الأشباح إطارًا متسقًا دمج نظرية المجال الكمومي مع علم الكونيات - وهو أمر كان يُعتقد في السابق أنه مستحيل.

إعادة تعريف الكون: تداعياتها على علم الكونيات والطاقة المظلمة

تتجاوز تداعيات حل لغز الجاذبية الهائلة موجات الجاذبية. ومن أكثر الاحتمالات إثارةً للاهتمام العلاقة بين الجاذبية الهائلة والطاقة المظلمة، تلك القوة الغامضة التي تُحرك التمدد المتسارع للكون. في النماذج الكونية القياسية، تُدرج الطاقة المظلمة كثابت - عامل تلاعب لجعل المعادلات تتطابق مع الملاحظات. لكن هذا النهج يترك العديد من الأسئلة دون إجابة، مثل سبب قيمة الثابت، وكيف يتناسب مع ميكانيكا الكم. تُقدم الجاذبية الهائلة حلاً مختلفًا: ربما يكون التمدد الذي نلاحظه نتيجة طبيعية لضعف الجاذبية - أو اختلاف بنيتها - على المقاييس الكونية. تُعدّل الجاذبية الهائلة سلوك الجاذبية على المدى البعيد. عمليًا، يعني هذا أنه على المسافات بين المجرات، قد لا تجذب الجاذبية بقوة كما توقعت معادلات أينشتاين. بدلًا من ذلك، قد يؤدي وجود كتلة غرافيتون إلى تأثير تنافر، يُحاكي ما ندركه على أنه طاقة مظلمة. بالإضافة إلى الطاقة المظلمة، يُمكن للجاذبية الهائلة أن تُفسر الشذوذ في تكوين المجرات، ومنحنيات دوران المجرات الحلزونية، وحتى البنية واسعة النطاق للكون. كما يُمكنها أن تُقدم أدلة حول الكون المُبكر، وتُساعد في تحسين نماذج التضخم الكوني. إذا حلت الجاذبية الهائلة محل الطاقة المظلمة أو استكملتها في معادلاتنا، فقد يُؤدي ذلك إلى نموذج أكثر توحيدًا وتنبؤًا للكون.

الطريق إلى الأمام: اختبار النظرية وتوسيعها

في حين أن حل مشكلة الجاذبية الهائلة يُعد إنجازًا هائلاً، إلا أن الرحلة لم تنتهِ بعد. يُركز العلماء الآن على اختبار النظرية من خلال المراقبة والتجريب والمحاكاة. ستُجري مراصد موجات الجاذبية، مثل ليزا (المقرر إطلاقه في ثلاثينيات القرن الحادي والعشرين)، فحوصات على ظواهر الجاذبية بدقة غير مسبوقة، مما قد يكشف عن انحرافات عن النسبية العامة على نطاقات هائلة. كما يُركز علماء الفلك اهتمامهم على الفراغات الكونية، وهي مناطق شاسعة بها عدد قليل من المجرات، للبحث عن علامات على الجاذبية المُعدلة. تُوفر هذه المناطق مختبرًا طبيعيًا لاستكشاف سلوك الجاذبية لمسافات طويلة. وفي الوقت نفسه، يواصل فيزيائيو الجسيمات دراسة كيفية تفاعل الجاذبية الهائلة مع القوى الأساسية الأخرى، وخاصةً كيفية توافقها مع نظرية الكم ونظرية الأوتار. ومن الاتجاهات المثيرة للاهتمام الأخرى التطبيق المحتمل للجاذبية الهائلة لتفسير سلوكيات معينة للثقوب السوداء. هل يمكن أن تؤثر كتلة الغرافيتون على كيفية تسرب المعلومات أو حفظها في الثقوب السوداء؟ هل يمكن أن تؤثر على هندسة الزمكان بالقرب من التفردات؟ بدأ الباحثون للتو في معالجة هذه الأسئلة. وأخيرًا، تُثير هذه النظرية نقاشات فلسفية جديدة حول طبيعة المكان والزمان. إذا كانت الجاذبية تتوسطها جسيمات ذات كتلة، فهل يُغير هذا فهمنا لهندسة الكون؟ هل المكان والزمان خصائص ناشئة من تفاعلات كمية أعمق؟ مهما كانت الإجابات، هناك أمر واحد واضح: بحل هذا اللغز الذي دام 75 عامًا، فتح العلماء الباب أمام عالم جديد من فيزياء الجاذبية، عالم يمكن أن يُعيد تشكيل فهمنا لكل شيء من ولادة النجوم إلى مصير الكون نفسه.