بقلم بيساش بنسون وعومر نوفوسيلسكي • 3 سبتمبر 2026
القدس، 3 سبتمبر 2026 (TPS-IL) — لأكثر من قرن من الزمان، اجتازت نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين وميكانيكا الكم كليهما اختبارات لا حصر لها، لكن الفيزيائيين كافحوا للتوفيق بينهما. والآن، اتخذ علماء في إسرائيل وخارجها خطوة جديدة نحو فهم كيفية تفاعلهما من خلال قياس كيفية تغيير الجاذبية لجسم كمي أثناء سقوطه.
يمكن أن تساهم النتائج في نهاية المطاف في تطوير أجهزة استشعار كمومية أكثر حساسية لقياس الجاذبية والتسارع، مع تطبيقات محتملة في المسح ورسم الخرائط الجيولوجية والملاحة دون الاعتماد على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
التقدم ليس مجرد قيام العلماء بقياس الجاذبية باستخدام ذرات كمومية؛ فقد أجريت مثل هذه التجارب من قبل. بدلاً من ذلك، قام الباحثون بقياس مباشر لتغيير محدد في "طور" الموجة الكمومية أثناء سقوط ذرة بحرية تحت تأثير الجاذبية - وهو تأثير تنبأت به مبدأ التكافؤ لأينشتاين.
جامعة بن غوريون في النقب في بئر السبع في 8 يونيو 2026. تصوير: يوآف دودكيفيتش/TPS-IL
قادت التجربة جامعة بن غوريون في النقب، وجامعة أولم، وجامعة أكسفورد، وكان الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل السير روجر بنروز من بين الباحثين المشاركين. ونُشرت النتائج في مجلة Science Advances التي تخضع لمراجعة الأقران.
قال البروفيسور رون فولمان من معهد إلس كاتز للعلوم والتكنولوجيا النانوية بجامعة بن غوريون لخدمة الصحافة الإسرائيلية: "تخبرنا ميكانيكا الكم أن الجسيم هو أيضًا موجة". "الموجات، سواء كانت موجات بحر، أو موجات صوت، أو موجات ضوئية، أو موجات كمومية، لها خاصية تسمى الطور."
وأضاف: "بينما قام الناس بقياس تسارع الأجسام الساقطة بحرية منذ جاليليو، لم يقم أحد بقياس الخصائص الكمومية لجسم كمي ساقط بحرية، وعلى وجه التحديد، كيف يتغير طوره بسبب السقوط الحر."
ذرة ساقطة واحدة، مساران
ينص مبدأ التكافؤ، وهو حجر الزاوية في النسبية العامة، على أن آثار الجاذبية يمكن أن تختفي محليًا بالنسبة لمراقب في حالة سقوط حر - فالشخص الذي يسقط بحرية في مصعد، على سبيل المثال، سيشعر بانعدام الوزن. وقد تم اختبار المبدأ باستخدام المادة العادية بدقة فائقة. لكن الأجسام الكمومية يمكن أن تتصرف كموجات ويمكن أن تتبع مسارين في وقت واحد فعليًا.
وأوضح فولمان: "في تجربتنا، استخدمنا هذه القاعدة لوضع ذرة في مكانين ومسارين في نفس الوقت. في أحد المسارين كانت تسقط بحرية، وفي المسار الآخر كانت ثابتة بالنسبة للأرض، حيث تم استخدام الأخير كمرجع."
قام الباحثون بتبريد سحب من ذرات الروبيديوم إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق وتلاعبوا بها بالقرب من شريحة ذرية مصممة خصيصًا. أبقت المجالات المغناطيسية جزءًا من الموجة الذرية ثابتًا بينما سُمح للجزء الآخر بالسقوط بحرية. ثم تم جمع الجزأين مرة أخرى، وتداخلت موجاتهما، مما سمح للباحثين بقياس الفرق الطفيف في الطور الكمومي الذي تراكم بين الجزأين الساقط والثابت. تطابق تحول الطور المقاس مع القيمة التي تنبأ بها مبدأ التكافؤ لأينشتاين لجسم كمي.
قال فولمان إن التجربة مهمة لأن العلماء لا يزالون يفتقرون إلى نظرية تفسر كيفية عمل الجاذبية وميكانيكا الكم معًا. وقال لـ TPS-IL: "لقد ثبت أن كلاهما يعمل، لكن العلماء لم يتمكنوا أبدًا من صياغة نظرية تصف كيفية عملهما معًا في نفس الكون."
التجربة لا تثبت أن الجاذبية نفسها كمومية، ولا تنشئ نظرية موحدة للجاذبية وميكانيكا الكم. بدلاً من ذلك، فإنها توضح أنه في ظل الظروف المختبرة، فإن مبدأ التكافؤ لأينشتاين متوافق مع التراكب الكمومي. كما أنها لا تختبر اقتراح بنروز بأن ميكانيكا الكم قد تنهار للأجسام الضخمة بما يكفي التي تُحتفظ بها في تراكبات كمومية لفترة طويلة بما فيه الكفاية.
نحو فيزياء جديدة
ومع ذلك، يأمل الباحثون في استخدام هذه التقنية مع أجسام أثقل بكثير. قال فولمان لـ TPS: "فتحت تجربتنا الباب أمام تجارب مستقبلية أكثر تفصيلاً لاختبار الواجهة بين النظريتين."
يقوم الفريق بالفعل بتطوير تجربة باستخدام ماسة نانوية بدلاً من ذرة. يمكن لجسم ضخم بما يكفي موضوع في تراكب كمومي أن يسمح للباحثين باستكشاف ما إذا كانت ميكانيكا الكم والجاذبية تتصرفان بشكل مختلف على مقياس تصبح فيه تفاعلاتهما أكثر وضوحًا. قال فولمان: "بمجرد وضعه في تراكب، سيخلق تراكبًا للزمكان نفسه، وهنا قد نتمكن من رؤية فيزياء جديدة تمامًا."
إذا نجحت مثل هذه التجارب، فقد توفر طرقًا جديدة للتحقيق في العلاقة غير المحلولة بين ميكانيكا الكم والجاذبية. يرى الباحثون أيضًا إمكانات طويلة الأجل للتقنيات الأساسية في أجهزة الاستشعار الكمومية القادرة على قياسات دقيقة للغاية للجاذبية والتسارع، بما في ذلك استخدامات في المسح ورسم الخرائط الجيولوجية والملاحة حيث تكون إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) غير متاحة.
