الفيزياء

تجربة جاليليو الشهيرة في الجاذبية ، اثبتت نفسها حتى مع الذرات الفردية

 

تجربة جاليليو الشهيرة في الجاذبية ، اثبتت نفسها حتى مع الذرات الفردية
أنواع مختلفة من الذرات تسقط بنفس التسارع نتيجة للجاذبية

 

أكد  العلماء أن الذرات الفردية تسقط بنفس المعدل بسبب الجاذبية ، مؤكدين على مفهوم يسمى مبدأ التكافؤ.

وفقًا للأسطورة ، قام جاليليو بإلقاء أثقال من برج بيزا المائل ، مما يدل على أن الجاذبية تتسبب في سقوط الأجسام ذات الكتل المختلفة بنفس التسارع. في السنوات الأخيرة ، حاول الباحثون تكرار هذا الاختبار بطريقة ربما لم يتخيلها العالم الإيطالي أبدًا ، بإسقاط الذرات.
تصف دراسة جديدة اختبار إسقاط الذرة الأكثر حساسية حتى الآن ، وتُظهر أن تجربة جاليليو للجاذبية لا تزال صامدة - حتى بالنسبة للذرات الفردية. ذكر الفيزيائيون في بحث نُشر في دورية Physical Review Letters أن نوعين مختلفين من الذرات كان لهما نفس التسارع في حدود جزء لكل تريليون أو 0.0000000001 بالمائة.
مقارنة باختبار سابق للسقوط الذري ، فإن البحث الجديد حساس بألف مرة. يقول الفيزيائي غولييلمو تينو Guglielmo Tino من جامعة فلورنسا ، والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: "إنه يمثل قفزة إلى الأمام".
قارن الباحثون بين ذرات الروبيديوم من نظيرين مختلفين ، ذرات تحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات في نواتها. أطلق الفريق سحبًا من هذه الذرات يبلغ ارتفاعها 8.6 مترًا في أنبوب مفرغ . وجد الباحثون أنه مع ارتفاع وانخفاض الذرات ، تسارع كلا النوعين بنفس المعدل.

بتأكيد تجربة جاليليو للجاذبية مرة أخرى ، تدعم النتيجة مبدأ التكافؤ ، وهو أساس نظرية الجاذبية لألبرت أينشتاين ، النسبية العامة. ينص هذا المبدأ على أن كتلة القصور الذاتي للجسم ، والتي تحدد مقدار تسارعه عند تطبيق القوة ، تعادل كتلة الجاذبية ، التي تحدد مدى قوة الجاذبية التي يشعر بها. المحصلة: تسارع الجسم تحت الجاذبية لا يعتمد على كتلته أو تركيبته.
حتى الآن ، صمد مبدأ التكافؤ أمام جميع الاختبارات. لكن الذرات ، التي تخضع لقوانين غريبة لميكانيكا الكم ، يمكن أن تكشف نقاط ضعفها. يقول الفيزيائي مارك كاسيفيتش من جامعة ستانفورد: "عندما تجري الاختبار على الذرات ... فإنك تختبر مبدأ التكافؤ وتؤكده بطرق جديدة".
درس كاسيفيتش وزملاؤه الجسيمات الدقيقة باستخدام قياس التداخل الذري ، والذي يستفيد من ميكانيكا الكم لإجراء قياسات دقيقة للغاية. أثناء تحليق الذرات ، وضع العلماء الذرات في حالة تسمى التراكب الكمومي ، حيث لا يكون للجسيمات موقع محدد واحد. بدلاً من ذلك ، كانت كل ذرة موجودة في تراكب من موقعين ، مفصولة بما يصل إلى سبعة سنتيمترات. عندما تم تجميع موقعي الذرات معًا ، تداخلت الذرات مع نفسها بطريقة كشفت بدقة عن تسارعها النسبي.
يعتقد العديد من العلماء أن مبدأ التكافؤ سيتعثر في النهاية. "لدينا توقعات معقولة بأن نظرياتنا الحالية ... ليست نهاية القصة" ، كما تقول عالمة الفيزياء ماجدالينا زيش من جامعة كوينزلاند في بريسبان بأستراليا ، والتي لم تشارك في البحث. ويرجع ذلك إلى أن ميكانيكا الكم لا تتوافق جيدًا مع النسبية العامة ، مما دفع العلماء للبحث عن نظرية الجاذبية الكمية التي يمكن أن توحد هذه الأفكار. يشك العديد من العلماء في أن النظرية الجديدة ستنتهك مبدأ التكافؤ بمقدار ضئيل للغاية لا يمكن اكتشافه بالاختبارات التي أجريت حتى الآن.
لكن الفيزيائيين يأملون في تحسين مثل هذه الاختبارات القائمة على الذرة في المستقبل ، على سبيل المثال من خلال إجرائها في الفضاء ، حيث يمكن للأجسام أن تسقط بحرية لفترات طويلة من الزمن. تم بالفعل إجراء اختبار مبدأ التكافؤ في الفضاء باستخدام أسطوانات معدنية ، ولكن ليس بعد باستخدام الذرات ، لذلك لا تزال هناك فرصة لإثبات خطأ جاليليو.

المصدر : 
 

النشرة البريدية

الرجاء تعبئة التفاصيل ادناه لتلقي نشرتنا البريدية