تم قياس قوة الجاذبية بشكل أكثر موثوقية من أي وقت مضى

لعدة قرون، حاول الفيزيائيون قياس قوة الجاذبية، وهو رقم يسمى “G الكبير”. لم تتوافق القياسات أبدًا مع بعضها البعض، مما يشير إلى أننا إما لا نفهم تجاربنا بشكل كامل أو ربما لا نفهم الجاذبية بشكل كامل. لا يؤكد الاختبار الأخير أيًا من هذين السيناريوهين، ولكن الدقة غير العادية والعناية التي تم اتخاذها في أحدث تجربة G الكبيرة قد تقرب الباحثين أخيرًا من الإجماع.

الجاذبية أضعف بكثير من القوى الأساسية الأخرى، مما يجعل من الصعب للغاية قياسها بدقة. يقول ستيفان شلامينجر، من المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا في ميريلاند: “كنا أطفالًا، كنا جميعًا منبهرين عندما كنا نلعب بالمغناطيس من الطريقة التي يجذب بها بعضنا البعض. وينطبق الشيء نفسه على الجاذبية – إذا كان لديك فنجانين من القهوة ووضعتهما في كل يد، فلا تزال هناك قوة بينهما، ولكنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكنك الشعور بها، لذلك لن تشعر بالانبهار”. يعد هذا الضعف أيضًا جزءًا مما يجعل من الصعب جدًا قياس القوة الحقيقية للجاذبية.

والجزء الآخر هو أنه، على عكس القوى الأخرى، من المستحيل حماية التجربة من الجاذبية. في عام 1798، تمكن الفيزيائي هنري كافنديش من التغلب على هذه المشكلة باستخدام جهاز يسمى ميزان الالتواء، والذي مكنه من قياس الجاذبية لأول مرة، وإن كان بدقة منخفضة.

لتخيل توازن الالتواء، تخيل عود أسنان أفقيًا يتدلى من خيط في مركزه. في كل طرف من طرفي المسواك يوجد رخام صغير. إذا قمت بتحريك جسم آخر بالقرب من إحدى الكرات، فإن جاذبية هذا الجسم ستجذب الكرة، مما يتسبب في دوران عود الأسنان قليلاً. ومن خلال قياس مقدار دوران عود الأسنان، يمكنك حساب قوة الجاذبية بين الرخامة والجسم الخارجي دون القلق بشأن جاذبية الأرض التي يقاومها الخيط.

كانت التجربة التي أجراها شلامينجر وزملاؤه نسخة أكثر تعقيدًا من هذه التجربة، حيث تم وضع ثمانية أوزان على قرصين دوارين تمت معايرتهما بدقة، وكلها معلقة بأشرطة سماكتها مثل شعرة الإنسان تقريبًا. كان هذا بمثابة إعادة إنتاج مضنية لتجربة أجريت لأول مرة في فرنسا في عام 2007. واستغرق الباحثون عقدًا من الزمن لقياس وتقليل كل مصدر محتمل لعدم اليقين. يقول جينس جوندلاخ من جامعة واشنطن، والذي لم يشارك في هذا العمل: “هذه هي الفيزياء التجريبية في أفضل حالاتها”.

يقول كيسي واجنر من جامعة ولاية كارولينا الشمالية، والذي لم يشارك أيضًا في هذا العمل: “إن مستوى العناية التي أولوها وجميع التأثيرات المختلفة التي اكتشفوها، يعد نوعًا من التجارب التي تغير قواعد اللعبة”. القيمة النهائية لـ Big G كانت 6.67387×10^-11 متر³ لكل كيلوغرام في الثانية². وهذا أقل بجزء من المائة من قياس عام 2007، لكنه يكفي لجعل القياس أكثر انسجاما مع الاختبارات الأخرى التي تم إجراؤها على مر السنين.

يقول شلامينغر: “إن Big G ليس مجرد مقياس للجاذبية – إنه قياس لمدى قدرتك على قياس الجاذبية، وهو يتجاوز عصور الفيزياء. يمكننا مقارنة تجربتنا بتجربة كافنديش قبل 230 عامًا، وفي غضون 230 عامًا سيكونون قادرين على مقارنة تجربتهم بتجربتنا”. “في النهاية، أعتقد أن الأمر سيكون حول أي عصر من الإنسانية يمكنه قياس هذا بشكل أفضل، مع أكبر قدر من الاتفاق بين القياسات.”

ومن خلال تحديد العديد من مصادر عدم اليقين التي لم تكن معروفة من قبل، قام شلامينجر وفريقه بتعزيز هذا الاتفاق، كما يقول جوندلاش. ويقول: “يبدو المشهد أفضل الآن، وأكثر جدارة بالثقة، وأكثر موثوقية”.

لقد مهدوا الطريق أيضًا للتجارب المستقبلية لقياس G الكبير بشكل أكثر دقة، وهو ما سيصبح ذا أهمية متزايدة مع زيادة دقة القياسات الكونية – التي يعتمد الكثير منها على معرفة قوة الجاذبية. يقول واجونر: “إذا كان هناك شيء مضحك يحدث هنا، فستكون له تأثيرات تمتد من نطاق المختبر إلى نطاق الكون”. “ما هو الفرق الصغير جدًا في المختبر، عندما تضعه على المقاييس الكونية، يتم تضخيم هذا الاختلاف، ويمكن أن يكون له آثار كبيرة حقًا.”

في حين يتفق معظم الباحثين على أن التفسير الأكثر احتمالا للتناقض المتبقي هو أننا لا نفهم تماما مصادر التحيز وعدم اليقين في جميع التجارب، هناك احتمال أن يكون ذلك في الواقع بسبب الجاذبية التي تتصرف بشكل مختلف عما كنا نعتقد. إذا كان هذا هو الحال، فإنه يشير إلى فيزياء جديدة وغريبة محتملة. يقول شلامينجر: “هناك صدع في فهمنا للعلم، وعلينا أن ندخل في هذه الشقوق – ربما لا يوجد شيء هناك، ولكن سيكون من الحماقة عدم الذهاب إلى هذه الشقوق”.