العلماء يقتربون خطوة من نظرية للجاذبية الكمومية بعد قياس الجاذبية
تاريخ النشر: 28th, February 2024 GMT
تحكُم أربع قوى نمط التفاعلات بين المادة في الكون، ويُطلق عليها "القوى الأساسية الأربع للطبيعة" وهي: القوّة النووية القوية، والقوة النووية الضعيفة، والقوة الكهرومغناطيسية، وأخيرا قوّة الجاذبية التي تختلف اختلافا كليا عن الأخريات.
فقوّة الجاذبية في أصلها ليس إلا تأثير انحناء النسيج الكوني أو الزمكان على المادة إن صح التعبير، ولهذا السبب، فإنّ الجاذبية لا ترضخ للاندماج مع بقية القوى الثلاث التي تتحد جميعها في إطار نظرية الكم.
وتأثير الجاذبية في الأساس ضعيف إذا ما قورن بغيره، ويظهر جليا على مستوى الأجسام الكبيرة فقط أو المقاييس العيانية (التي يمكن معاينتها بالعين)، في حين تتعامل نظرية الكم (ميكانيكا الكم) مع الذرات والجسيمات ما دون الذريّة، وهذا يعني عجز الفيزيائيين عن معرفة ما يطرأ على قوّة الجاذبية في المستويات ما دون الذريّة، حيث تهيمن التأثيرات الكمومية.
والتأثيرات الكمومية هي ظواهر غير مألوفة تحدث على مستوى الجسيمات الصغيرة مثل الذرّات والجزيئات، مثل الاندماج والتشتت والتداخل بين الجسميات. وتختلف هذه التأثيرات اختلافا كليا عما تشير إليه الفيزياء الكلاسيكية، وتلعب التأثيرات الكمومية اليوم دورا هاما في علوم الحاسوب والاتصالات ومجالات علمية أخرى.
وفي دراسة حديثة نُشرت في المجلة العلمية المحكمة "ساينس أدفانسيس" بعنوان "قياس الجاذبية بالكتل المعلّقة بالمليغرام"، حدد الباحثون طريقة لقياس الجاذبية على المستويات المجهرية، وهو ما يُؤمل أن يقودهم إلى فهم أوسع لنظرية "الجاذبية الكمية" التي ستكون مدخلا لحل بعض أعظم ألغاز الكون.
بينما تقدم نظرية الكم للعلماء أفضل وصف للكون بالمقاييس المجهرية، فإن نظرية النسبية العامة لألبرت آينشتاين تقدم أفضل وصف للفيزياء على المقاييس الكونية الضخمة. وبعد مرور 100 عام على نشأة النظريتين، ما زالت هناك حلقة مفقودة تربطهما في كيان واحد ليفسّر آلية عمل الكون بمجمله، علما بأنّ كلتا النظريتين أثبتت صحتهما في النطاق المخصص لها.
وأحد أبرز الأسباب الأساسية الذي يمنع اتحاد النظريتين هو أنّ الجاذبية تفتقر لنظرية كمومية تصفها، في حين تمتلك القوى الثلاث الأخرى أوصافا كمومية.
وكان فريق الباحثين أحرز تقدما في معالجة هذا الخلل عن طريق الكشف عن قوة جذب ضعيفة على جسيم صغير باستخدام تقنيات حديثة، ويعتقد الباحثون أنّ هذه التجربة قد تكون الخطوة الأولى التي ستقودهم في نهاية الأمر إلى نظرية الجاذبية الكمومية.
ويشير تيم فوكس عضو الفريق البحثي والدكتور بجامعة ساوثهامبتون، إلى أنّ العلماء فشلوا على مدار قرن من الزمان في فهم كيفية عمل الجاذبية وميكانيكا الكم معا رغم محاولاتهم الحثيثة. ومن خلال فهم الجاذبية الكمومية، فإنّ هناك بصيص أمل لحل بعض أسرار الكون المعقّدة، مثل كيف كانت بدايته، وماذا يحدث داخل الثقوب السوداء، أو ربّما تكون هذه هي الحلقة التي توحد نظريتي النسبية وميكانيكا الكم.
التشابك الكمّي.. "علاقة مريبة عن بُعد"لم يكن آينشتاين واضع النظرية النسبية متكيّفا مع النظرية الكمومية بأي شكل من الأشكال، حتى إنه كان متهكما حيالها، وذلك لأنّه اعتقد أنّ ثمّة جانبا يؤرقه في النظرية، وهو ظاهرة "التشابك الكمّي" التي تصف تشابكا بطريقة ما بين الجسيمات الذرية بحيث يؤدي تغيير خصائص الجسيم إلى تغيير خصائص الجسيم المتشابك معه بشكل آني، وحتى لو كان الجسيمان تفصل بينهما بداية الكون وآخره. وقد أطلق آينشتاين على هذا الأمر ما سماه "علاقة مريبة ومخيفة عن بُعد" لأنه يخالف "مبدأ المحلية".
ومبدأ المحلية باختصار يحث على أنّ الجسم لا يتأثر بشكل مباشر إلا بمحيطه، وأن الأجسام لها دائما خصائص محددة تتفاعل مع ما حولها شريطة أن تكون محكومة بالمسافة وسرعة الضوء، وهو الحد الكوني الذي افترضه آينشتاين كأساس في نظريته النسبية الخاصة.
وعلى الرغم من اعتراض آينشتاين نفسه، فإن فيزيائيي الكم أثبتوا بالفعل ظاهرة التشابك وغيرها من الظواهر الغريبة التي تحدث في عالم فيزياء الكم على نحو الخصوص.
والعديد من التجارب قدّمت أدلة على ذلك، منها التجربة الرائدة الأخيرة التي جلبت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2022 للفيزيائيين ألاين إسبيكت وجون كلاوزر وأنتون زيلينغر.
تحضير التجربةفي التجربة الكمومية الحديثة، استعان الباحثون من جامعة ساوثهامبتون وجامعة ليدن بأجهزة أشبه بالمصائد المغناطيسية فائقة التوصيل لقياس قوّة الجاذبية الضعيفة على أصغر كتلة ممكنة أجريت عليها هذه التجربة من قبل.
ورفع العلماء الجسيم الصغير في المصيدة المغناطيسية عند درجات حرارة تبلغ حوالي 273 درجة مئوية سالبة، وهذه الدرجة على بعد أجزاء ضئيلة من درجة الصفر المطلق، وهي درجة الحرارة الافتراضية التي تتوقف عندها حركة الذرات تماما. وكان اختيار درجة الحرارة شديدة البرودة للحد من اهتزازات الجزيئات إلى الحدى الأدنى. وتمكن الفريق من قياس قوّة جذب بلغت 30 "أتوننيوتن" على الجسيم (الأتوننيوتن وحدة قوة قياس في النظام المتري، وتساوي واحدا على كوينتليون من واحد نيوتن، والرقم يعكس مدى ضآلة قوة الجاذبية المؤثرة على الجسيم في التجربة).
ويقول فوكس إنّ نجاحهم الآن يتمثل في قياس إشارات الجاذبية عند أصغر كتلة سُجّلت على الإطلاق، وباستخدام هذه التقنية وإعادة التجربة مرارا وتكرارا حتى يصل العلماء إلى مستوى العالم الكمّي، أي أنهم باتوا أقرب بخطوة واحدة إلى إدراك كيفية تفاعل الجاذبية عند مستويات أصغر.
وقال هندريك أولبريشت عضو الفريق والعالم بجامعة ساوثهامبتون: إن هذه التجربة تمهد الطريق لإجراء اختبارات بكتل أصغر، وبالتالي الوصول إلى قياس قوى الجاذبية الأصغر.
المصدر: الجزيرة
إقرأ أيضاً:
ذنب حيوانات التجارب.. لم يصاب العلماء بالقلق والاكتئاب؟
في زوايا منصات التواصل الاجتماعي، تنتشر بين الحين والآخر مقاطع قصيرة لطالب أو طالبة جامعية، في لحظة ارتباكهم الأولى داخل مختبر العلوم أو الطب أو الصيدلة، حين يُطلب منهم تشريح فأر أو ضفدع صغير، ويبدأ الأمر غالبا بحقنة مخدّرة، تنذر ببداية تجربة لن تُمحى بسهولة من الذاكرة.
قد يبدو المشهد في ظاهره كوميديا، أو طريفا، أو حتى روتينيا من وجهة نظر الأكاديميين، لكنه في جوهره يحمل طبقات عميقة من التأثير النفسي يصعب تجاهلها. فذلك اللقاء الأول بين الطالب والكائن الحي في مختبر التشريح، ليس مجرد تمرين علمي عابر، بل بذرة لعلاقة طويلة الأمد ومعقّدة ومثقلة بالمشاعر المتشابكة.
فالذين يختارون مواصلة هذا الدرب في ميادين البحث العلمي، سيجدون أنفسهم وجها لوجه مع واقع يتكرّر: كائنات حيّة توضع على طاولة العلم، لتُحقن أو تُشرّح أو تُراقب في لحظات ضعفها الأخيرة.
ولئن كان هذا المصير مؤلما للحيوان الذي لا حيلة له، فإن الباحث نفسه لا يخرج من التجربة سالما. إنها علاقة لا تسير على خط واحد، حيث تؤكد الدراسات في هذا النطاق أن الباحث يتأثر بشكل كبير، وصولا إلى أشد درجات الاكتئاب والقلق، والانفصال عن الواقع.
تُعد التجارب على الحيوانات جسرا حيويا نحو فهم أعمق للكائنات الحية والأمراض التي تصيب الإنسان والحيوان. ومن خلال هذه التجارب، يكتسب العلماء معارف لا يمكن الحصول عليها بوسائل أخرى، وهذا يمهّد الطريق لتطوير أدوية وتقنيات جراحية جديدة.
إعلانوتُختبر هذه الابتكارات أولا على الحيوانات لضمان سلامتها وفعاليتها قبل تطبيقها على البشر، تجنبا لأي مخاطر محتملة.
وتتنوع الكائنات المستخدمة في هذه التجارب، فبالإضافة إلى الفئران والجرذان الشائعة، تُستخدم الخنازير والخيول والثعابين والرئيسيات والأبقار والبوم والأغنام، وغيرها من الحيوانات، بحسب حاجة العلماء إلى وسيط بسمات محددة لإقامة التجربة.
أسهمت هذه التجارب في تحقيق ابتكارات طبية حسّنت جودة حياة الإنسان وزادت من متوسط عمره. على سبيل المثال، مُنحت جائزة نوبل في الطب عام 2023 لكاتالين كاريكو ودرو وايزمان لتطويرهما لقاحات الحمض النووي الريبوزي المرسال المضادة لفيروس كوفيد-19، والتي جُرّبت على الفئران ككائن نموذجي أساسي.
وبالفعل تعاني معظم الحيوانات المستخدمة من حد أدنى من الألم أو الانزعاج لفترة وجيزة. فوفقا لتقرير وزارة الزراعة الأميركية، لا تتعرض نحو 94% من حيوانات المختبر لإجراءات مؤلمة، أو تُعطى أدوية لتخفيف أي ألم ناتج، وحتى الـ6% المتبقية، تُجرى عليها إجراءات مؤلمة من دون مسكنات، حيث قد يتعارض تخفيف الألم مع أهداف التجربة.
وبعد انتهاء التجارب، تُقتل الحيوانات غالبا لفحص أنسجتها وأعضائها، وفي حين يصعب تحديد العدد الدقيق للعلماء والأطباء البيطريين ومقدمي الرعاية الحيوانية العاملين في مرافق الأبحاث، فإننا نعلم أن حوالي 100 مليون حيوان تُستخدم في الأبحاث والاختبارات عالميا كل عام.
أثر غير متوقعبعيون مرهقة وقلوب مثقلة، يقف علماء الأبحاث أمام معضلة لا تُرى في نتائج التجارب ولا تُكتب في تقارير المختبر: إنها الضريبة النفسية للعمل مع حيوانات التجارب.
وتشير دراسات متعددة إلى أن العمل في هذا المجال لا يخلو من نزف داخلي صامت، حيث يُعدّ "إرهاق التعاطف" ظاهرة متكررة ومقلقة في بيئات البحث العلمي، خاصة داخل وحدات رعاية الحيوانات. ذلك النوع من التعب النفسي الذي لا ينتج عن بذل الجهد الجسدي فحسب، بل عن الانغماس العاطفي المتواصل في مشهد الألم، حتى يفقد المرء طاقته على العطاء، ويذوي وجدانه شيئا فشيئا.
إعلانويُعرّف إرهاق التعاطف بأنه استنزاف عاطفي وعقلي يصيب الفرد حين تُثقل روحه بمشاعر الحزن والقلق والإشفاق المستمر، إلى حدّ يفقده قدرته على الاستمرار في عمله بصفاء. ويصاحبه طيف من الأعراض: توتر، انفعال، شعور بالعجز، صداع دائم، تعب لا يهدأ، انخفاض في الإنتاجية، وانسحاب تدريجي من الذات والمحيط. وحتى النوم لم يسلم؛ فكثير من العاملين يُبلّغون عن كوابيس متكررة أو ذكريات صادمة من مواقف مروا بها.
وتصل حدة هذا الإرهاق إلى ما يشبه البلادة النفسية، حيث يشعر بعضهم وكأنهم باتوا "غير مرئيين"، أو أن ما يفعلونه مجرد تكرار بارد لواجبات فقدت معناها. وفي تلك اللحظات، يتسلل إلى النفس الإحساس باليأس، والتساؤل: "هل ما أفعله صواب؟".
وتُظهر الدراسات الاستقصائية في أميركا الشمالية وأوروبا أن غالبية العاملين في مجال حيوانات المختبر قد عانوا من أعراض الإجهاد المزمن أو الإرهاق العاطفي، في مرحلة ما. على سبيل المثال، يشير أحد التقارير إلى أن ما يصل إلى 86% من العاملين في مجال حيوانات المختبر سيواجهون هذه المشكلة خلال مسيرتهم المهنية.
وفي دراسة مقطعية أجريت عام 2021، أجريت على باحثين وفنيين ومختصي رعاية، أفاد معظم المشاركين (أكثر من ثلثيهم) بشعورهم بإرهاق عاطفي؛ واعترف الكثيرون بتعرضهم للتوتر بشكل متكرر في العمل، وبأنهم أصبحوا بلا مشاعر عاطفية أو غير مبالين بعملهم، وشعروا بأن عملهم قد تأثر سلبا نتيجة لذلك.
لكن التحدي في هذا المجال يتجاوز الإرهاق الشخصي، إذ يواجه العاملون تضاربا أخلاقيا مؤلما، يتمثل في إدراكهم أنهم -رغم نواياهم الحسنة- يُلحقون الأذى بكائنات حية. هذه المفارقة الأخلاقية، بين تعاطفهم الفطري مع الحيوانات، وبين مهامهم العلمية التي تتطلب إلحاق الأذى بها أو إنهاء حياتها لأغراض البحث، تخلق ما يُعرف بـ"الضيق الأخلاقي"، وهو شكل من أشكال الألم الوجداني يصعب احتماله أو الإفصاح عنه.
إعلانوقد ركزت بعض الدراسات على ما يُعرف بـ"مفارقة الرعاية والبحث"، حيث يُظهر الموظفون حنانا حقيقيا تجاه الحيوانات التي يعتنون بها، لكنهم يُضطرون في النهاية إلى تنفيذ القتل الرحيم، وهو ما يُمثّل لحظة انكسار عاطفي حاد، غالبا ما يكون مصدر الشعور الأعمق بالذنب أو الحزن.
وكلما زادت معاناة الحيوان داخل التجربة، سواء في الألم أو التوتر، زاد معها الضغط النفسي على العاملين، وهو ما تشير إليه بيانات ميدانية ربطت بين مستوى ألم الحيوان ودرجة الضيق البشري المرافق.
ولا يُعد الضغط النفسي مرتبطا فقط بطبيعة العمل، بل أيضا بمناخه. فالعاملون الذين يجدون أنفسهم في بيئات غير داعمة، أو يشعرون بالعزلة، أو يفتقرون إلى تواصل إنساني مع مشرفيهم، يكونون أكثر عرضة للانهيار العاطفي. وفي أحد الاستطلاعات في أميركا الشمالية، ظهر أن نقص عدد الموظفين، وضعف الموارد، وسوء العلاقات مع الزملاء، بالإضافة إلى الروابط العاطفية القوية التي تُبنى مع الحيوانات، كانت من أبرز أسباب إرهاق التعاطف.
إنها تجربة معقّدة من الداخل، لا تتحدث عنها المراجع العلمية كثيرا، ولا تُدرَّس في كتب المناهج.
في النهاية، يعاني العالم الأكاديمي من مشكلة صحية نفسية موثقة جيدا، فمثلا أفاد استطلاع أُجري عام 2018، وشمل حوالي 2300 باحث علمي في بداية مسيرتهم المهنية في 26 دولة، أن 41% منهم يعانون من قلق متوسط إلى شديد، وأن 39% يعانون من اكتئاب متوسط إلى شديد.
ووجدت دراسة أجريت على حوالي 200 عالم كوري أن الباحثين في مجال الحيوانات سجلوا درجات قلق أعلى بكثير من الباحثين في مجالات أخرى.
في الواقع، فإن الاكتئاب شائع في الأوساط الأكاديمية لدرجة أن الباحثين في مختلف المجالات يعتبرونه جزءا من العمل.
إعلانفي السويد مثلا، حيث يتفوق السكان من حيث نسب السعادة الإجمالية، تابع الباحثون أكثر من 20 ألف طالب دكتوراه خلال دراستهم، ووجدوا أن استخدام طلاب العلوم الطبيعية للأدوية النفسية ارتفع بشكل مطرد عاما بعد عام، حيث تضاعف تقريبا عند تخرجهم.
في هذا السياق، فإن البيئة الأكاديمية تُنتج عن غير قصد ثقافة صمت، حيث يشعر الأفراد بعدم القدرة أو الرغبة في التحدث عن المشكلات من هذا النوع، فالأساتذة والمشرفون يملكون نفوذا كبيرا، والطلاب أو الباحثون الجدد يعتمدون عليهم في التقييم، والدعم الأكاديمي، والتمويل. لذلك، التحدث عن تجربة ما قد يُعتبر مخاطرة، ويُخشى منه الانتقام أو العزل أو عرقلة المسيرة المهنية.
هنا، يُفاقم التنافر العاطفي المشكلة (أي التضارب بين مشاعر المرء الحقيقية والمشاعر التي يُتوقع منه إظهارها في العمل). على سبيل المثال، قد يشعر الباحث بالحزن أو التعاطف بعد قتل حيوان رحيم، لكن ثقافة مكان العمل قد تثني عن التعبير عن هذه المشاعر علنا (باعتبارها "غير مهنية" أو "ضعيفة").
في الواقع، فإنه يُنظر في بيئات العمل الأكاديمية إلى الإرهاق والعمل لساعات طويلة أو الضغط النفسي كأمر عادي في هذه الأوساط، ومن ثم فإن الشكوى قد تُفسَّر على أنها ضعف أو نقص في الحماس، هذا يدفع الناس إلى كبت مشاكلهم النفسية أو السكوت عن الضغط الزائد.
حاليا، لا يدرب الطلاب في كليات العلوم والطب والصيدلة على التعامل النفسي مع التجارب التي قد تتضمن إيلام كائن حي، ونادرا ما توفر الجامعات أو المراكز البحثية دعما نفسيا للباحثين العاملين مع الحيوانات.
إلى الآن، تظل الحيوانات أساسا في هذا النطاق، لكن رغم ذلك يرى عدد متزايد من العلماء أن الاعتماد على التجارب الحيوانية في الأبحاث الطبية لم يعد مجديا كما كان يُعتقد في السابق، بل إنها أصبحت وسيلة تقليدية تجاوزها الزمن، ونتائجها في الغالب لا تُترجم إلى فائدة فعلية للبشر.
إعلانففي دراسة نُشرت عام 2014 في مجلة "بريتيش ميدكال جورنال"، أشار الباحثون إلى أن حتى التجارب التي تُظهر نتائج واعدة على الحيوانات، كثيرا ما تفشل حين تُجرى على البشر، ونادرا ما تؤدي إلى تطوير علاجات طبية ناجحة.
كما أوضحت الدراسة أن أكثر من 90% من الاكتشافات الأساسية، ومعظمها مستخلصة من تجارب على الحيوانات، لا تصل إلى مرحلة التطبيق السريري الفعلي.
وفي تقرير صادر عن المنظمة الصناعية للتقانة الحيوية، تناول الفترة بين عامي 2011 و2020، تبين أن 92% من الأدوية التي نجحت في التجارب ما قبل السريرية (بما في ذلك على الحيوانات) فشلت لاحقا في التجارب على البشر. هذا الفشل الكبير يعكس مدى الحاجة إلى نهج علمي جديد.
من هنا، يتجه العالم بخطى متسارعة نحو مستقبل تجريبي لا يعتمد على الحيوانات، بل يستند إلى تقنيات حديثة مثل الخلايا البشرية والأنسجة الصناعية ونماذج الأعضاء المصغرة والطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد والذكاء الاصطناعي، ما يُنذر بمرحلة جديدة أكثر دقة وإنسانية في البحث العلمي.
وتتيح الأنسجة السليمة والمريضة، المتبرع بها من متطوعين بشريين، طريقة أكثر ملاءمة لدراسة بيولوجيا الإنسان والأمراض مقارنة بالتجارب على الحيوانات.
يمكن التبرع بالأنسجة البشرية من خلال الجراحة (مثل الخزعات وجراحة التجميل وزراعة الأعضاء). على سبيل المثال، طورت نماذج للجلد والعين مصنوعة من جلد بشري معاد تكوينه وأنسجة أخرى، وتستخدم هذه النماذج بدلا من اختبارات تهيج الأرانب القاسية.
يمكن أيضا استخدام الأنسجة البشرية بعد وفاة الشخص (مثلاً، بعد الوفاة). وقد وفرت أنسجة الدماغ بعد الوفاة أدلة مهمة لفهم عملية تجديد الدماغ وآثار التصلب اللويحي ومرض باركنسون.
كذلك، يمكن اليوم أخذ عينة من ورم مريض بالسرطان واستخدام خلايا الورم لاختبار أدوية وجرعات مختلفة بهدف الوصول إلى علاج دقيق وفردي لهذا المريض، بدلا من اختبار العقار على فئران أو حيوانات لا تُشبه البشر في استجابتهم الدوائية.
إعلانولا يمكن تجاهل دور مزارع الخلايا، حيث تُزرع خلايا بشرية أو حيوانية داخل مختبرات مخصصة لدراستها تحت ظروف دقيقة، بما يفتح آفاقا جديدة لفهم الأمراض وتطوير علاجات من دون التسبب بألم أو أذى لكائن حي.
ومن البدائل الرائدة، يبرز مفهوم "الأعضاء البشرية على رقائق"، وهي شرائح ميكروية ثلاثية الأبعاد مصنوعة من خلايا بشرية تحاكي وظائف الأعضاء بدقة، وتُستخدم لفهم استجابات الأدوية أو السموم الكيميائية داخل الجسم، كما تُساعد في كشف ما يحدث داخل الجسم عند الإصابة بالعدوى أو المرض.
أما النماذج الحاسوبية المتقدمة، فهي تمثل ثورة صامتة. وهذه النماذج تستخدم البيانات المتوفرة للتنبؤ بتأثيرات الأدوية من دون الحاجة لإجراء اختبارات جديدة على الحيوانات. وهذا يجعل البحث أسرع، وأقل تكلفة، وأكثر أمانا.
في نهاية المطاف، تمثل هذه التقنيات الحديثة نقطة تحوّل مفصلية في عالم الطب، لا لأنها تُجنّب الحيوانات الألم فقط، بل لأنها تُوفّر نتائج أكثر واقعية للبشر.
إعلام إسرائيلي: تل أبيب تشترط لإنهاء الحرب وتقدم مقترحا جديدا