استخرج فيزيائيون من لايبزيغ معادلات أينشتاين الشهيرة من المعلومات الكمومية. ربما لا تكون الجاذبية ولا الفضاء نفسه أساسيين، بل هما مجرد الطريقة التي تبدو بها معلومات الحقل الكمومي «من الخارج»
تسقط التفاحة على الأرض، ويدور القمر حول الأرض، وينحني الضوء قرب النجوم. قبل أكثر من قرن شرح ألبرت أينشتاين سبب حدوث ذلك: الكتلة والطاقة تُحدِثان انحناءً في الزمكان، وكل ما عداهما يتحرك ببساطة على طول هذه الانحناءات. معادلاته تعمل على نحو لا تشوبه شائبة - من مدارات الكواكب إلى الثقوب السوداء. لكنها لا تجيب عن سؤال أعمق: لماذا يستطيع الفضاء أصلًا أن ينحني؟ وما هو في حقيقته؟ يقدّم عمل جديد للفيزيائيين النظريين فيليب دوراو وألبرت موخ من معهد الفيزياء النظرية في جامعة لايبزيغ، المنشور في Physical Review Letters - إحدى أعرق المجلات الفيزيائية في العالم - إجابة مذهلة. فمعادلات أينشتاين يمكن استخراجها من المعلومات الكمومية - تلك المعلومات المسجلة في الحقل الكمومي، الأساس الخفي الذي يخترق الكون بأسره.
لهذه الفكرة خلفية شهيرة. في عام 1995 أظهر الفيزيائي الأمريكي تيد ياكوبسون أنه يمكن الحصول على معادلات أينشتاين من قوانين الديناميكا الحرارية - علم الحرارة والإنتروبيا. والجاذبية في مقاربته تشبه ضغط الغاز: فالضغط لا يوجد كقوة مستقلة، بل ينشأ من حركة عدد لا يحصى من الجزيئات. كذلك قد لا تكون الجاذبية قوة أساسية، بل أثرًا جماعيًا لشيء أعمق - لعمليات تجري في الحقل الكمومي. لكن مقاربة ياكوبسون كان فيها نقطة ضعف: فالإنتروبيا العادية في نظرية الحقل الكمومي تتبين لانهائية، ولم ينجح طويلًا في إيصال حجته إلى صيغة كمومية صارمة.
وجد دوراو وموخ طريقًا بديلًا. فبدلًا من الإنتروبيا العادية استخدما ما يُسمى الإنتروبيا النسبية الكمومية - مقياس لمدى تميّز حالة من حالات الحقل الكمومي عن أخرى، أي مقدار المعلومات الكمومية التي تفصل بينهما. وهذه الكمية في نظرية الحقل الكمومي منتهية دائمًا. قارن الفيزيائيان حالتين للحقل الكمومي. الأولى - الفراغ، حالته الأساسية. وهذا في الفيزياء ليس خواءً على الإطلاق: لا توجد فيه جسيمات، لكن الحقل الكمومي يرتجف باستمرار بالتموجات، وجميع مناطقه مترابطة بعضها ببعض عبر شبكة خفية من التشابك الكمومي. والثانية - الحقل نفسه بعد أن ظهرت فيه مادة أو طاقة. وتبيّن أن «تميّز» هاتين الحالتين يساوي بالضبط تدفق طاقة الحقل الكمومي عبر الأفق، وهو حدّ متخيَّل في الزمكان. ووفق قانون بيكنشتاين–هوكينغ الشهير، فإن إنتروبيا الأفق - أي كمية المعلومات التي يستطيع تخزينها في نفسه - تتناسب مع مساحته. وبربط أحدهما بالآخر حصل المؤلفان على معادلات أينشتاين التي تصف كيف تُحدِث المادة الكمومية انحناءً في الزمكان.
يبدو الاستنتاج الرئيسي للعمل فلسفيًا تقريبًا: انحناء الزمكان ينبع حرفيًا من طريقة تخزين المعلومات الكمومية في الحقل الكمومي. فعندما تظهر فيه المادة يتغير نمط التشابك، ويبقى في الحقل أثر معلوماتي من نوع ما. وهذا الأثر تحديدًا هو ما نشعر به بوصفه جاذبية. أي أن الجاذبية قد تكون ليست قوة أساسية في الطبيعة، بل ظاهرة ثانوية. ومعها الفضاء نفسه. فما ندركه بوصفه هندسة وانحناءات وتجاذبًا هو الطريقة التي تبدو بها المعلومات الكمومية «من الخارج». وكما أن الصورة على الشاشة ليست سوى المظهر الخارجي للشيفرة البرمجية التي ترسمها، فقد يكون الفضاء هو المظهر الخارجي للمعلومات المسجلة في الحقل الكمومي. وهو لا ينحني لأن الكتلة تضغطه كما يضغط كرةٌ قماشًا مشدودًا، بل لأن المعلومات الكمومية نفسها تغيّرت. في مواد سابقة من سلسلتنا «شيفرة الواقع» رويْنا كيف يمكن للمعلومات الكمومية أن تبني هندسة الفضاء وتولّد المادة. وعمل لايبزيغ يخطو الخطوة التالية: يبدو أن الجاذبية نفسها تولد من المعلومات الكمومية.
من المهم إدراك حدود هذه النتيجة. فهي ليست نظرية كمومية نهائية للجاذبية، ولا تزال المسألة الرئيسية غير المحلولة في الفيزياء غير محلولة. يعمل المؤلفان في ما يُسمى التقريب شبه الكلاسيكي: إذ تُدرَس الحقول الكمومية على خلفية زمكان عادي غير كمومي. والحساب أُجري لصنف معين من حالات الحقل، ويستند إلى قانون بيكنشتاين–هوكينغ بوصفه افتراضًا أوليًا. والفيزيائيان نفساهما يتحدثان عن عملهما بوصفه حجة صارمة لا نظرية مكتملة، ويعتزمان توسيع المقاربة إلى جاذبية كمومية كاملة. لكن الاتجاه بات واضحًا. ربما لا تسقط التفاحة لأن الأرض تجذبها. بل لأن المعلومات في الحقل الكمومي الذي نُسج منه الكون موزعة على هذا النحو.
