تبين الجاذبية الكمية الحلقية تفسير محاولة تطوير النظرية الكمية للجاذبية، والتي تعتمد على طريقة آينشتاين الهندسية بديلا معالجة الجاذبية، حيثإنها محاولة لتطوير نظرية كمية للجاذبية التي تعتمد على قوانين ونظريات أينشتاين الهندسية بديلاً عن تعديل للجاذبية كقوة، وتقول أن بنية الزمكان والمكان تتألف من حلقات محدودة موجودة في شبكة معقدة كثيرا يطلق عليها شبكات الحلقات.
الجاذبية الكمية الحلقية
هي نظرية في الجاذبية الكمومية التي تعمل على ربط الميكانيكا الكمية مع النظرية النسبية، وأيضا ربط المادة في فيزياء الجسيمات مع النطاق المؤسس للحالة الصرفة للجاذبية الكمومية، حيث تتنافس الجاذبية الكمية الحلقية مع نظرية الأوتار كونها مرشحة للجاذبية الكمومية.
مشاكل الجاذبية الكمومية الحلقية
إذا اعتبرت الجاذبية كتفاعل كما باقي التفاعلات الثلاثة الأخرى مثل الكهرومغناطيسية، القوة القوية والقوة الضعيفة، فإنها قد فشلت في تكميم الجاذبية ولكن وحسبما تنص النسبية العامة فإن الجاذبية هي ليست قوة تفاعل، بل خاصية في الزمكان وهندسته.
تعتمد الجاذبية الكمومية الحلقية على أن الجاذبية هي خاصية هندسية للزمان والمكان وعلى دراسة البنية المجهرية له، فكما تعتبر الفوتونات مكون البنية المجهرية المحببة للحقل الكهرومغناطيسي الكمي، يوجد بنية محببة للزمان والمكان بشكل مشابه، وكأنه منسوج من حلقات شديدة الدقة.
إن النظرية الحالية للجاذبية هي النسبية العامة، وهي نظرية طورها ألبرت أينشتاين، والتي غيرت بعمق فهمنا لما هو المكان والزمان وبالمثل، فإن ميكانيكا الكم قد تغيرت في العمق في فهمنا للمادة والطاقة والنسبية، هاتان النظريتان المدعومتان جيدًا تجريبيًا اليوم فتحتا ثورة مفاهيم كبرى في الفيزياء.
ومع ذلك، يبدو أنهما غير متوافقين على الأقل في القراءة الأولى لأن كل منهما صيغ على أساس المبادئ، والتي تتعارض مع النظرية الأخرى، لذلك على الرغم من التطور الهائل للمعرفة العلمية التي قدمت فيزياء القرن العشرين ارتباكًا كبيرًا حول المفاهيم الأساسية لفهم العالم المادي.
الزمكان والجاذبية
قال أحد العماء أن المكان والزمان يمكن أن يلتوي وينحني مثل قطعة من القماش، وهذا الالتواء في استمرارية الزمكان هو ما نختبره بالجاذبية، لكن نظرية أينشتاين تهتم بشكل أساسي بأكبر مقاييس الطبيعة ومقياس النجوم والمجرات والكون بأسره ليس لديها الكثير لتقوله عن المكان والزمان في أصغر المقاييس.
ارتباط المكان والزمان
فكر أينشتاين في عواقب النسبية في سياق عامل مهم لسرعة الضوء، حيث أنه لم يكن الشخص الوحيد الذي كان يفكر في هذه الموضوعات كان علماء الفيزياء الآخرون في ذلك الوقت على دراية بوجود أسئلة بدون إجابة على هذه الجبهة، لكن أينشتاين هو من صاغ نظرية النسبية الخاصة لشرح الظواهر الموجودة وخلق تنبؤات جديدة في البداية؛ أن النسبية الخاصة لها علاقة كبيرة بالجاذبية، لكنها كانت نقطة انطلاق أساسية لأينشتاين لفهم الجاذبية.
منحنى الزمكان والجاذبية
- بعض العلماء قال أن الجاذبية كانت قوة، حيث أظهر أينشتاين أن الجاذبية تنشأ من شكل الزمكان، في حين أنه من الصعب تصور ذلك إلا أن هناك تشبيها يوفر بعض البصيرة على الرغم من أنها مجرد دليل وليست بيانا نهائيا للنظرية.
- يبدأ القياس بالنظر إلى الزمكان على أنه صفيحة مطاطية يمكن تشويهها في أي منطقة بعيدة عن الأجسام الكونية الضخمة مثل النجوم، يكون الزمكان غير منحني؛ أي أن الصفيحة المطاطية مسطحة تماما إذا كان على الجسم أن يسير الزمكان في تلك المنطقة، عن طريق إرسال شعاع من الضوء أو جسم اختبار، فإن كلا من الشعاع والجسم سوف ينتقلان في خطوط مستقيمة تماما مثل رخام طفل يتدحرج عبر الصفيحة المطاطي.
- إن انحناء الزمكان بالقرب من نجم يحدد أقصر المسارات الطبيعية مثل أقصر مسار بين أي نقطتين على الأرض ليس خطاً مستقيماً، والذي لا يمكن بناؤه على ذلك السطح المنحني، ولكن قوس مسار دائرة كاملةفي نظرية أينشتاين تحدد المسارات الطبيعية في الزمكان انحراف الضوء ومدارات الكواكب، وكما قال أحد العلماء فإن المادة تخبر الزمكان كيف ينحني، والزمكان يخبر المادة كيف تتحرك.
الثقوب السوداء والجاذبية الكمية
- إن معادلات المجال لحساب تأثير الجاذبية لجسم كروي واحد مثل النجم إذا لم تكن الكتلة كبيرة جدًا ولا شديدة التركيز، فسيكون الحساب الناتج هو نفسه الذي قدمته نظرية الجاذبية لنيوتن. وهكذا فإن نظرية نيوتن ليست خاطئة، بدلا من ذلك، فإنه تقريب صحيح للنسبية العامة في ظل ظروف معينة.
- وصف أحد العلماء تأثيرا جديدا إذا كانت الكتلة مركزة في حجم صغير متلاشي ستصبح الجاذبية قوية جدًا، بحيث لا يمكن لأي شيء أن ينجذب إلى المنطقة المحيطة أن يتركه على الإطلاق، وحتى الضوء لا يستطيع الهروب في تشبيه الصفيحة المطاطية
- يبدو الأمر كما لو أن جسمًا هائلا صغيرا يخلق انخفاضا شديد الانحدار، بحيث لا يستطيع أي شيء الهروب منه اعترافا بأن هذا التشوه الشديد في الزمكان سيكون غير مرئي؛ لأنه سيمتص الضوء ولن ينبعث منه أبدا والذي أطلق عليه الثقب الأسود
موجات الجاذبية
- هي تموجات في الزمكان تسببها أجسام ضخمة تتحرك بتسارع شديد في الفضاء الخارجي، وهذا يعني أن أجساما مثل النجوم الأصغر والأقل كثافة أو الثقوب السوداء تدور حول بعضها البعض بمعدلات متزايدة أو النجوم التي تفجر نفسها، وتتصف هذه الموجات بأنها غير مرئية فهي سرية جدا، حيث أنها تضغط على أي شيء في طريقها وتمدده أثناء مرورها.
- يتم إنشاء أقوى موجات الجاذبية عندما تتحرك الأجسام بسرعات عالية جدًا، بعض الأمثلة على الأحداث التي يمكن أن تسبب موجة الجاذبية هي عندما ينفجر نجم بشكل غير متماثل، وعندما يدور نجمان كبيران حول بعضهما البعض، وعندما يدور ثقبان أسودان حول بعضهما البعض و يندمجان.
- إن هذه الأنواع من الأجسام التي تخلق موجات الجاذبية بعيدة وأحيانا تسبب هذه الأحداث موجات جاذبية صغيرة وضعيفة، عندئذ تكون الأمواج ضعيفة جدا بحلول الوقت الذي تصل فيه إلى الأرض، وهذا يجعل من الصعب اكتشاف موجات الجاذبية.
الجاذبية الكمية ونظرية المجال
فيزياء الكم ونظرية النسبية العامة هما الركنان الصلبان اللذان يقوم عليهما الكثير من الفيزياء الحديث، ويظل فهم كيفية ارتباط هاتين النظريتين الراسختين سؤالا مفتوحا مركزيا في الفيزياء النظرية على مدى العقود العديدة الماضية؛ أدت الجهود في هذا الاتجاه إلى مجموعة واسعة من الأفكار المادية الجديدة والأدوات الرياضية في السنوات الأخيرة.
تقاربت نظرية الأوتار ونظرية المجال الكمي في أوقات فراغ معينة مع نظريات المجال المقابلة على زمكان منخفض الأبعاد، حيث أدت هذه التطورات والصلات إلى تعميق فهمنا ليس فقط للجاذبية الكمومية وعلم الكونيات وفيزياء الجسيمات، ولكن أيضًا لفيزياء النطاق المتوسط، مثل أنظمة المادة المكثفة وبلازما كواراك والأنظمة المضطربة.
بدأت مجموعة من التطورات الجديدة في رسم روابط غير متوقعة بين عدد من المشكلات المتعلقة بجوانب الجاذبية، والثقوب السوداء والمعلومات الكمومية وأنظمة المادة المكثفة، فلقد أصبح من الواضح أن التشابك الكمي وتصحيح الخطأ الكمي والتعقيد الحسابي يلعب دورًا أساسيًا في ظهور هندسة الزمكان من خلال الثنائية الثلاثية الأبعاد.
وفي نهاية ذلك فإن الجاذبية الكمية الحلقية أكثر المحاولات تطوراً لحل المشكلة المحددة المتمثلة في إيجاد نسخة كمومية من النسبية العامة، وبالتالي دمج حقيقي لمبتكرات المفاهيم التي تمثلها النسبية العامة وميكانيكا الكم وتتوافق النظرية مع النظريات الفيزيائية الأساسية الأخرى، لكنها لا توحد الجاذبية وهذه النظريات، حيث تستند الجاذبية الكمومية الحلقية إلى صياغة النسبية العامة التي تقدم وصفًا رياضيًا دقيقًا للزمان والمكان الكمي.
