يبدو من المستحيل القياس ، ولكن مع قوة التلسكوبات المتطورة التي تمتد عبر مليارات السنين الضوئية ، بدأ الباحثون ينظرون إلى الأسفل. عميقا في الاسفل.

نظرية النسبية العامة لأينشتاين هي الطريقة الوحيدة لفهم الجاذبية ، ومن خلال تلك التشابك الشائك للرياضيات ، أصبحنا نعرف شيئًا يسمى "الزمكان" ، وهو هيكل رباعي الأبعاد (ثلاثة أبعاد للفضاء وواحد للزمن) منسوج معا في نسيج موحد.

في لغة النسبية ، تنحني المادة والطاقة وتشوه نسيج الزمكان ، واستجابة لثني وتشويه الزمكان يخبر المادة والطاقة بكيفية التحرك ، وهو شيء نختبره بشكل جماعي على أنه " جاذبية ".

لكي تعمل رياضيات النسبية العامة ، يجب أن يكون هذا النسيج من الزمكان سلسًا تمامًا عند أصغر المقاييس. بغض النظر عن مدى التكبير ، سيكون الزمان خاليًا من التجاعيد تمامًا مثل قميص الكي حديثًا. لا ثقوب ، لا دموع ، لا تشابك. فقط نعومة نقية ونظيفة. بدون هذه النعومة ، تنهار رياضيات الجاذبية ببساطة.

لكن النسبية العامة ليست الشيء الوحيد الذي يخبرنا عن الزمكان. لدينا أيضًا ميكانيكا الكم (وخلفها ، نظرية المجال الكمومي). في عالم الكم ، كل شيء مجهري يحكمه الصدفة والاحتمالات العشوائية. يمكن أن تظهر الجسيمات وتختفي في غضون لحظة (وعادة ما تكون أقل من ذلك). يمكن أن تهتز الحقول وتهتز بإرادة خاصة بها. ولا شيء يمكن أن يعرف على الإطلاق.

وهكذا ، كما أشار الفيزيائي جون ويلر في عام 1960 ، إذا أردنا أن نصل إلى أصغر مقياس ممكن (ما يسمى مقياس بلانك ، والذي يبلغ حوالي مليار من مليار من مليار من مليار من مليار متر) ، الزمكان لا ينبغي أن يبدو سلسًا على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، يجب أن تكون فوضى متسللة وغليان - حساء غاضب من الجسيمات ، تمزيق الثقوب باستمرار في الزمكان وإصلاحها مرة أخرى قبل أي شخص في العالم الماكروسكوبي.

لكن كلتا وجهات النظر الزمانية هذه يمكن أن تكون صحيحة في نفس الوقت. إما أن تكون النسبية العامة صحيحة وأن الزمكان سلسًا ، أو أن ميكانيكا الكم صحيحة و الزمكان مكتنزة. يعتقد الفيزيائيون أن الجواب النهائي يكمن في مزيج من الرأيين ، ما يسمى الجاذبية الكمية. ولا ، لا نعلم حاليًا كيف تبدو هذه الإجابة النهائية. لذا ، إذا استطعنا اختراق الزمان المكاني وإلقاء نظرة على أصغر المقاييس ، فربما يمكننا الحصول على بعض الأدلة حول ما يحدث حقًا.

إذا كان الزمكان حقيرًا ورقيقًا ، فيجب أن يؤثر ذلك على أي شيء يمر عبر الزمكان. على سبيل المثال ، سيواجه شعاع ضوئي يسير على طول طريقته المرحة جميع أنواع المطبات المجهرية والأدوار - مسار الحصى Planckian بدلاً من طريق سريع سلس.

في بعض الأحيان ، ستعطي هذه التدخّلات الصغيرة الضوء دفعة ، وستدفع مستوى طاقتها ، وأحيانًا سيواجه الضوء عثرة صغيرة في السرعة ، مما يؤدي إلى إبطائه. التأثير الصافي هو أن الضوء الذي يسير عبر زبد مكشوف سينتشر ببطء في الطاقة.

هذا التأثير دقيق بشكل لا يصدق ، دقيق للغاية لدرجة أننا لا نستطيع أن نأمل بقياسه في المختبر. ولكن لحسن الحظ ، يمكن للطبيعة أن توفر لنا مختبرًا. إذا استطعنا العثور على شعاع ضوئي لطيف ومتماسك في الفضاء (بعبارة أخرى ، ليزر الفضاء الطبيعي) ، وحزمة الضوء هذه تنتقل عبر مليارات السنين إلى مقاريبنا ، يمكننا قياس انتشار الطاقة واستخدام ذلك لقياس زبد الزمكان.

هذا هو بالضبط ما فعله فريق من علماء الفلك ، وتقديم نتائجهم للنشر في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية ، وكذلك نشر عملهم على موقع ما قبل الطباعة عبر الإنترنت arXiv . وفي مصادفة مثالية ، بحثوا عن زبد الزمكان باستخدام ... إسبرسو. لا ، ليس الشراب. ESPRESSO ، مطياف Echelle للكواكب الصخرية الخارجية والملاحظات الطيفية المستقرة ، وهي أداة تستند إلى التلسكوب الكبير جدًا للمرصد الجنوبي الأوروبي .

كما يوحي اسمها ، لم يتم تصميم ESPRESSO للبحث عن زبد الزمكان ، ولكن تبين أنه أفضل أداة لهذه المهمة. وأشار الفلكيون إلى مصدر مثالي: سحابة غاز طاحونة تقع على بعد أكثر من 18 مليار سنة ضوئية. ما يجعل سحابة الغاز هذه مفيدة بشكل خاص هي حقيقتان. واحد ، هناك مصدر مشرق يجلس خلفه مباشرة ، يضيءه. وثانيهما ، يوجد حديد في السحابة ، يمتص ضوء الخلفية عند طول موجي محدد للغاية.

لذلك من وجهة نظرنا على الأرض ، إذا كان الزمكان سلسًا تمامًا ، فإن هذه الفجوة في ضوء الخلفية التي تسببها سحابة الغاز يجب أن تكون ضيقة تمامًا كما لو كانت السحابة تجلس بجوارنا مباشرة. ولكن إذا كان الزمان مكشوفًا ، فسوف ينتشر الضوء الذي ينتقل عبر مليارات السنين الضوئية ، ويغير عرض الفجوة.

لم يجد الفلكيون أي تلميح إلى الإزعاج ، وهذا لا يعني أنه غير موجود - فهذا يعني فقط أنه إذا كان الزمان مكشوفًا ، فنحن بحاجة إلى أكثر من 18 مليار سنة ضوئية لرؤيته باستخدام تقنيتنا الحالية . لكن النتائج كانت قادرة على استبعاد بعض نماذج الجاذبية الكمية ، وإرسالها إلى مزبلة التاريخ الفيزيائي المثل.

وإذا وجدت تجربة مستقبلية علامة على الزبد؟ ستكون أول نافذة لنا في عالم الجاذبية الكمية ، وهو أمر يبحث عنه علماء الفيزياء منذ الخمسينيات. وقد يتم الكشف عن كل ذلك من خلال سحابة غاز عشوائية.