عندما تندمج الثقوب السوداء أو تصطدم النجوم النيوترونية، يتم إنشاء موجات الجاذبية. تنبأ ألبرت أينشتاين بوجود هذه التموجات الدقيقة في الزمكان، ولم تؤكد الملاحظات ذلك إلا في عام 2015.

الفيزيائي النظري رالف شوتزهولد من مركز هيلمهولتز دريسدن روسيندورف يقترح المضي قدمًا. لقد طور تجربة من شأنها أن تسمح ليس فقط بتسجيل موجات الجاذبية، ولكن أيضًا بالتأثير عليها. مثل هذه التجربة التي تم نشر مخططها في رسائل المراجعة البدنيةسيثبت أخيرًا الطبيعة الكمومية للجاذبية.

يقول شوتزهولد: “تؤثر الجاذبية على كل شيء، بما في ذلك الضوء”. ويحدث هذا التفاعل أيضًا عندما تلتقي موجة الجاذبية وموجة الضوء.

تتمثل فكرة العالم في نقل أجزاء صغيرة من الطاقة من موجة ضوئية – موجة جاذبية. في هذه الحالة، تنخفض طاقة موجة الضوء قليلاً، وتزداد طاقة موجة الجاذبية بنفس المقدار. تتوافق هذه الطاقة مع طاقة واحد أو أكثر من الجرافيتونات – وهي ناقلات افتراضية لتفاعل الجاذبية.

يشرح البروفيسور: “ستصبح موجة الجاذبية أكثر كثافة قليلاً”. تفقد موجة الضوء نفس الطاقة تمامًا، مما يؤدي إلى تغير طفيف في ترددها.

ويواصل الفيزيائي: “يمكن أن تسير العملية أيضًا في الاتجاه المعاكس”. وفي هذه الحالة، تطلق موجة الجاذبية جزءًا من الطاقة الضوئية.

ويمكن قياس كلا التأثيرين – الانبعاث المحفز وامتصاص الغرافيتونات – على الرغم من أن ذلك على حساب جهد تقني هائل.

وقد قدّر شوتزهولد حجم مثل هذه التجربة: فمن المحتمل أنها ستتطلب ما يصل إلى مليون انعكاس لنبضات الليزر المرئية أو القريبة من الأشعة تحت الحمراء بين مرآتين. ومع طول التركيب الذي يبلغ حوالي كيلومتر واحد، سيوفر ذلك مسارًا بصريًا يبلغ حوالي مليون كيلومتر. هذا الترتيب من حيث الحجم كافٍ لالتقاط تبادل الطاقة الناتج عن امتصاص وانبعاث الجرافيتونات عندما يواجه الضوء موجة جاذبية.

ومع ذلك، فإن التغير في تردد الموجة الضوئية بسبب امتصاص أو إطلاق الطاقة من واحد أو أكثر من الجرافيتونات في وجود موجة الجاذبية يكون صغيرًا للغاية. ومع ذلك، مع تصميم مقياس التداخل الذكي، يمكن اكتشاف تغيرات التردد هذه.

في هذه العملية، يكتسب شعاعا الضوء تغيرات ترددية مختلفة اعتمادًا على ما إذا كانا يمتصان الجرافيتونات أو ينبعثان منها. وبعد التفاعل مع موجة الجاذبية والسير على طول مسار بصري طويل، تتقارب الحزم مرة أخرى لتشكل نمطًا من التداخل. من الممكن إعادة بناء حجم تحول التردد، وبالتالي حقيقة انتقال الغرافيتون.

“في بعض الأحيان يستغرق الأمر عقودًا من الفكرة الأولية إلى التنفيذ”، يعترف شوتزهولد.

لكن في هذه الحالة، يمكن تقريب التجسيد بواسطة مرصد موجات الجاذبية ليغو – لديها الكثير من القواسم المشتركة مع المخطط المقترح.

يتكون مرصد LIGO من أنبوبين مفرغين يبلغ طولهما حوالي أربعة كيلومترات، ومرتبين على شكل حرف L. يتم تقسيم شعاع الليزر إلى ذراعين كاشفين. تشوه موجة الجاذبية المارة الزمكان قليلاً، وتغير طول الأذرع بعدة ذرات (10⁻¹⁸ متر). يؤدي هذا التغيير الطفيف في الطول إلى تغيير نمط تداخل ضوء الليزر، والذي يتم تسجيله كإشارة.

في مقياس التداخل المبني وفقًا لفكرة شوتزهولد، سيكون من الممكن ليس فقط مراقبة موجات الجاذبية، ولكن أيضًا لأول مرة التأثير عليها بشكل فعال من خلال الانبعاث المحفز وامتصاص الجرافيتونات. وفي الوقت نفسه، وفقًا للعالم، فإن استخدام نبضات الضوء مع الفوتونات المتشابكة يمكن أن يزيد بشكل كبير من حساسية التثبيت.

يقول شوتزهولد: “بعد ذلك يمكننا استخلاص استنتاجات حول الحالة الكمومية لمجال الجاذبية نفسه”.

هذا لن يكون دليلا مباشرا على وجود الجرافيتون الافتراضي – موضوع نقاش ساخن بين الفيزيائيين – ولكن ستكون حجة جدية لصالحه.

بعد كل شيء، إذا لم تظهر موجات الضوء، عند تفاعلها مع موجات الجاذبية، تأثيرات التداخل المتوقعة، فسيتم دحض النظرية الحديثة القائمة على الجرافيتونات. ليس من المستغرب أن مفهوم شوتزهولد للتحكم في موجات الجاذبية قد اجتذب بالفعل اهتمامًا كبيرًا في المجتمع العلمي.