جهان پیرامون ما بر پایه چهار نیروی بنیادی شناخته شده اداره می شود؛ اما ناتوانی این نیروها در توجیه معماهای بزرگی چون گرانش کوانتومی و ماده تاریک، دانشمندان را بر آن داشته تا به دنبال کشف نیرویی مرموز و پنجم در اعماق کیهان باشند.

به نقل از اسپیس، برای دهه ها دانشمندان و فلاسفه طبیعی به دنبال یافتن نیروی بنیادی پنجم در طبیعت بوده اند. نیرویی فرضی که بتواند جنبه های مرموز و ناگشوده جهان ما، از جمله انرژی تاریک و ماده تاریک را تبیین کند.

این دو پدیده شگفت انگیز، بخش اعظم کیهان را تشکیل می دهند اما با هیچ یک از چهار نیروی بنیادی شناخته شده فیزیک مدرن، یعنی نیروی گرانش، الکترومغناطیس، هسته ای قوی و هسته ای ضعیف قابل توجیه و رمزگشایی نیستند.

در حالی که شکار این نیروی شبح وار و پنهان همواره در جریان بوده است، محققان به طور هم زمان و با ناامیدی به دنبال یافتن نظریه گرانش کوانتومی نیز بوده اند.

دلیل این اشتیاق فراوان آن است که گرانش کوانتومی می تواند بزرگ ترین و دقیق ترین توصیف ما از جهان در مقیاس های بزرگ (یعنی همان نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین) را با فیزیک قلمرو زیراتمی (یعنی مکانیک کوانتومی) پیوند دهد. این دو نظریه در آغاز قرن بیستم متولد شدند و بارها در بوته آزمایش های تجربی سربلند بیرون آمدند، اما تا به امروز به شکلی سرسختانه از ادغام در یک نظریه واحد سر باز زده اند.

اما اکنون یک گشایش علمی بزرگ رخ داده است. پژوهش های جدید دانشمندان منجر به ساخت یک چارچوب برای گرانش کوانتومی شده که نشانه های ارزشمندی را درباره ویژگی های احتمالی نیروی پنجم طبیعت در اختیار ما می گذارد.

یافته های این تیم بین المللی فاش می کند همه فرضیات پیشین درباره نیروی پنجم با قوانین بنیادی فیزیک همخوانی ندارند. این نیروی مرموز معمولاً خود را به شکل یک انحراف بسیار کوچک از قانون گرانش نیوتن در فاصله های بسیار کوتاه نشان می دهد. تحقیق جدید توانسته است محدوده جستجو برای یافتن این نیرو را به شدت کوچک و متمرکز کند.

آلفیو بونانو، پژوهشگر موسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا (INAF)، در این رابطه می گوید: یکی از چالش های اصلی ما، غلبه بر یک مانع کاملاً مفهومی و ذهنی بود. گرانش کوانتومی اغلب به عنوان یک موضوع بسیار انتزاعی دیده می شود که اتصال آن به پدیده های قابل مشاهده در دنیای واقعی تقریباً غیرممکن به نظر می رسید.

او می افزاید: گام نخست در اینجا تکنیکی نبود، بلکه ذهنی بود. جستجوی یک پیوند ملموس میان فیزیک مقیاس های بی نهایت کوچک و پدیده هایی که پتانسیل دیده شدن در جهان ماکرو را دارند، مسیر ما را روشن کرد.

چارچوب گرانش کوانتومی که توسط این تیم بررسی شده، ایمنی مجانبی (Asymptotic Safety) نام دارد. این نظریه اثبات می کند که گرانش می تواند حتی در انرژی های بسیار بالا نیز سازگار و پایدار باقی بماند.

بونانو و همکارانش دریافتند که بر اساس این نظریه، دامنه و شدت نیروی بنیادی پنجم نمی تواند هر مقداری باشد و به شدت محدود خواهد شد؛ امری که منجر به حذف بخش بزرگی از پارامترهای فرضی قبلی شد. این بدان معناست که اندازه گیری های با دقت بالا از نیروی گرانش در آینده نزدیک، می تواند به طور مستقیم این مدل ها را آزمایش کند.

به طور معمول، فیزیکدانان ابتدا نیروهای جدیدی را فرض می کنند و سپس به دنبال راهی برای اثبات آن می گردند. اما این پژوهش راهبرد متفاوتی پیش گرفت؛ آن ها با رد کردن برخی احتمالات، مسیر را مهیا کرده اند.

این تحقیقات نوین، فیزیک ذرات را در ریزترین مقیاس های کوانتومی به مقیاس اجرام بزرگ آسمانی پیوند می دهد. بنابراین، نشانه های این نظریه با طیف وسیعی از آزمایش ها قابل سنجش خواهند بود.

این آزمایش ها شامل بهره گیری از تکنیک های پیشرفته ای نظیر تداخل سنجی اتمی ، استفاده از حسگرهای کوانتومی در سراسر منظومه شمسی و سنجش دقیق حرکت سیارات دوردست است. دانشمندان امیدوارند این رویکرد نوآورانه، قفل اسرار تاریک کیهان را یک بار برای همیشه بگشاید.

منبع: فرارو