إن فكرة "نظرية كل شيء" مغرية - أنه يمكننا بطريقة أو بأخرى تفسير كل ما هو. ولكن الآن ، اكتشف فريق بحثي بقيادة علماء من كلية إمبريال كوليدج لندن بشكل غير متوقع أن نظرية الأوتار تبدو أيضًا أنها تتنبأ بسلوك جسيمات الكم المتشابكة. بما أن هذا التنبؤ يمكن اختباره في المختبر ، يقول الباحثون أنه يمكنهم الآن اختبار نظرية الأوتار.
قال البروفيسور مايك داف ، المؤلف الرئيسي للدراسة: "إذا أثبتت التجارب أن توقعاتنا حول التشابك الكمي صحيحة ، فإن هذا سيثبت أن نظرية الأوتار" تعمل "للتنبؤ بسلوك النظم الكمومية المتشابكة".
تم تطوير نظرية الأوتار في الأصل لوصف الجسيمات والقوى الأساسية التي يتكون منها كوننا ، وكانت منافسًا مفضلاً بين الفيزيائيين للسماح لنا بالتوفيق بين ما نعرفه عن الصغر المذهل من فيزياء الجسيمات وفهمنا للكميات الكبيرة جدًا من دراساتنا في علم الكونيات. يوفر استخدام النظرية للتنبؤ بكيفية تصرف جسيمات الكم المتشابكة الفرصة الأولى لاختبار نظرية الأوتار بالتجربة.
ولكن - على الأقل في الوقت الحالي - لن يتمكن العلماء من تأكيد أن نظرية الأوتار هي في الواقع الطريقة لتفسير كل ذلك ، فقط إذا نجحت.
قال داف: "لن يكون هذا دليلاً على أن نظرية الأوتار هي" النظرية الصحيحة لكل شيء "التي يبحث عنها علماء الكون وفيزيائيو الجسيمات. "ومع ذلك ، سيكون من المهم جدًا للمنظرين لأنه سيوضح ما إذا كانت نظرية الأوتار تعمل أم لا ، حتى لو كان تطبيقها في منطقة غير متوقعة وغير مرتبطة بالفيزياء."
نظرية الأوتار هي نظرية الجاذبية ، امتداد للنسبية العامة ، والتفسير الكلاسيكي للأوتار والنخالة هو أنها اهتزاز ميكانيكي كمومي ، ثقوب سوداء ممتدة ، تفترض النظرية أن الإلكترونات والكواركات داخل الذرة ليست 0- كائنات الأبعاد ، ولكن سلاسل 1-الأبعاد. يمكن لهذه الأوتار أن تتحرك وتتذبذب ، مما يمنح الجسيمات التي تمت ملاحظتها مذاقها وشحنها وكتلتها وتدورها. تقوم الخيوط بعمل حلقات مغلقة ما لم تواجه أسطحًا ، تسمى D-branes ، حيث يمكن فتحها في خطوط أحادية البعد. لا يمكن لنقاط نهاية السلسلة أن تكسر D-brane ، ولكن يمكن أن تنزلق حولها.
قال داف أنه كان يجلس في مؤتمر في تسمانيا حيث كان زميل يقدم الصيغ الرياضية التي تصف التشابك الكمي عندما أدرك شيئًا. "أدركت فجأة صيغته على أنها مشابهة لبعض التي طورتها قبل بضع سنوات أثناء استخدام نظرية الأوتار لوصف الثقوب السوداء. عندما عدت إلى المملكة المتحدة ، راجعت دفاتر ملاحظاتي وأكدت أن الرياضيات من هذه المناطق المختلفة كانت متطابقة بالفعل ".
أدرك داف وزملاؤه أن الوصف الرياضي لنمط التشابك بين ثلاثة كيوبتات يشبه الوصف الرياضي ، في نظرية الأوتار ، لفئة معينة من الثقوب السوداء. وهكذا ، من خلال الجمع بين معرفتهم باثنين من أغرب الظواهر في الكون ، الثقوب السوداء والتشابك الكمومي ، أدركوا أنه يمكنهم استخدام نظرية الأوتار لإنتاج توقع يمكن اختباره. باستخدام الرياضيات نظرية الأوتار التي تصف الثقوب السوداء ، توقعوا نمط التشابك الذي سيحدث عندما تتشابك أربعة كيلوبتات مع بعضها البعض. (لم يتم حساب الإجابة على هذه المشكلة من قبل.) على الرغم من صعوبة إجراء ذلك من الناحية التقنية ، يمكن قياس نمط التشابك بين أربعة وحدات بت متشابكة في المختبر واختبار دقة هذا التنبؤ.
إن الاكتشاف الذي يبدو أن نظرية الأوتار تجعل التنبؤات حول التشابك الكمي غير متوقع تمامًا ، ولكن نظرًا لأن التشابك الكمي يمكن قياسه في المختبر ، فهذا يعني أن هناك طريقة - أخيرًا - يمكن للباحثين اختبار التنبؤات استنادًا إلى نظرية الأوتار.
لكن داف ، قال ، لا توجد علاقة واضحة لتوضيح سبب فائدة نظرية يجري تطويرها لوصف الأعمال الأساسية لكوننا للتنبؤ بسلوك النظم الكمومية المتشابكة. قال داف: "قد يخبرنا هذا بشيء عميق جدًا عن العالم الذي نعيش فيه ، أو قد لا يكون مجرد مصادفة غريبة". "في كلتا الحالتين ، إنه مفيد."
المصدر: امبريال كوليدج لندن
