البحث عن نظرية كل شيء – العلماء يضعون أينشتاين على المحك

قبل وقت طويل من اقتراح أرخميدس أن جميع الظواهر التي يمكن ملاحظتها يمكن فهمها من خلال المبادئ الأساسية، كان البشر قد تصوروا إمكانية وجود نظرية لكل شيء. وفي القرن الماضي، اقترب الفيزيائيون من حل هذا اللغز. توفر نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين أساسًا متينًا لفهم الكون ككل، بينما تسمح لنا ميكانيكا الكم بفهم عمله على المستوى دون الذري. المشكلة هي أن النظامين يختلفان حول كيفية عمل الجاذبية.

اليوم، يمنح الذكاء الاصطناعي أملاً جديدًا للعلماء الذين يواجهون التحديات الحسابية الهائلة لكشف أسرار الكون المعقدة وكل ما فيه. يقود العلم شراكة بحثية بين علماء الفيزياء النظرية وعلماء الفيزياء الحاسوبية في جامعة فيرجينيا، والتي تقدم رؤية جديدة لإمكانية وجود نظرية. كل شيء، أو على الأقل، إحدى القوى الأساسية في الكون.يمكن أن يوفر فهمًا أفضل للجاذبية. أكسبه هذا العمل منحة مهنية من مؤسسة العلوم الوطنية، وهي واحدة من أرقى الجوائز المتاحة للباحثين والمعلمين الشباب الواعدين في البلاد.

طفرة في مراقبة الكون

أحد جوانب نظرية النسبية العامة لأينشتاين هو أن الأجسام التي تتحرك عبر الفضاء تخلق موجات، تشبه إلى حد كبير القارب الذي يتحرك عبر الماء. الحقول ممكنة، وهي لا تزال صغيرة بشكل لا يصدق. ونتيجة لذلك، بعد ما يقرب من مائة عام من نشر أينشتاين لأفكاره لأول مرة موجات الجاذبية وتم تطوير الوسائل التقنية لمراقبتها. في عام 2015، المشروع معروف ليغوأو مختبر قياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية، أحد أكبر المشاريع الممولة من قبل NSF، والذي اكتشف موجات الجاذبية لأول مرة، مما أدى إلى جائزة نوبل في الفيزياء لرواد المشروع.

فاز الفيزيائي كينت ياجي، الأستاذ المشارك في كلية جامعة فيرجينيا وكلية الدراسات العليا للفنون والعلوم، بمنحة التوظيف من مؤسسة العلوم الوطنية، وهي واحدة من أرقى الجوائز المتاحة للباحثين والمعلمين الشباب الواعدين في البلاد. كلية جامعة فيرجينيا وكلية الدراسات العليا للآداب والعلوم

وقال ياغي: “يعد هذا الاكتشاف أحد أهم اللحظات في الفيزياء خلال المائة عام الماضية”.

ومع تقدم التكنولوجيا اللازمة لمراقبة الظواهر دون الذرية، تطورت أيضًا القدرة الحاسوبية اللازمة لمعالجة الكميات الهائلة من البيانات التي يجمعها علماء الفلك حول الكون. بالإضافة إلى التطورات الجديدة التعلم الالي وفي السنوات الأخيرة، سمح الذكاء الاصطناعي للعلماء ببناء واختبار نماذج رياضية معقدة تصف الظواهر التي لاحظوها بسرعات لم يكن من الممكن تصورها في السابق.

وفقًا لياجي، يدرس ياغي موجات الجاذبية الهائلة الناتجة عن أزواج من الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية الثنائية، وهي من أكثر الأجسام كثافة في الكون وأقوى بـ 1013 مرة من مغناطيس الثلاجة النموذجي، وهو يستغل هذه الظواهر. اختبر نظريات أينشتاين حول الجاذبية واستكشف القوانين الأساسية للفيزياء النووية بحثًا عن معلومات من شأنها أن تساعد في حل العلاقة بين نظرية أينشتاين وميكانيكا الكم.

التوعية المالية والتعليمية

ستوفر منحة CAREER، التي ستمول الكلية بمبلغ 400 ألف دولار على مدى السنوات الخمس المقبلة، فرصًا لطلاب الدراسات العليا الحاليين والمستقبليين المهتمين بتطوير واستخدام خوارزميات التعلم الآلي للمساعدة في تفسير ملاحظات موجات الجاذبية والتنبؤ بها. فهم سلوك الجاذبية.

بمجرد ضبط الخوارزميات الحسابية – وهي عملية من المفترض أن تستغرق بضعة أسابيع فقط – قال ياغي إن فريقه سيكون قادرًا على معالجة البيانات التي جمعها مرصد LIGO لاختبار نظرية أينشتاين أسرع بمائة مرة.

وقال ياغي: “إن مقدار المساحة التي يمكننا البحث فيها عن تلك البيانات سوف يزيد بمقدار عشرة أضعاف”.

أحد متطلبات جائزة CAREER هو أن يقوم المتلقون بتطوير مشاريع تعليمية ومشاريع خدمة مجتمعية في عملهم، وسيعمل بعض التمويل على خلق فرص عمل للطلاب الجامعيين الذين سيعملون مع Yagi لتطوير برامج تعليمية لطلاب المدارس الثانوية المهتمين بالفيزياء. ويأمل ياغي أن يلهم الجيل القادم من العلماء الحائزين على جائزة نوبل.

التحدي المتمثل في إثبات النظريات

ما مدى اقترابنا من نظرية كل شيء؟

وقال ياغي: “لا تزال هناك الكثير من المشاكل التي يتعين حلها”. “آمل أن أراه في حياتي، لكنني لا أريد أن أكون متفائلاً للغاية.”

وأوضح ياغي: “يكاد يكون من المستحيل إثبات النظرية”. “سيكون هناك دائمًا خطأ في القياس في أي تجربة، لكننا سنحاول معرفة ما إذا كنا سنجد بعض الأدلة لإثبات النسبية العامة. وفي الوقت نفسه، نكتشف باستمرار مدى جمالها وكمالها.

لقد نال عمل ياغي والاهتمام الذي يتلقاه الثناء من أقرانه وقادته في UVA.

يقول بيل أراس، رئيس قسم علم الفلك في جامعة فيرجينيا: “لقد كان هناك دفعة كبيرة في الآونة الأخيرة لفهم موجات الجاذبية ليس فقط كتنبؤ أو مفهوم نظري، ولكن للكشف عنها مباشرة”. يعد بحث كينت أمرًا بالغ الأهمية لفهمنا له.

ووصفت ديسبينا لوكا، رئيسة قسم الفيزياء في جامعة فيرجينيا، ياغي بأنه عالم فيزياء فلكية يحظى باحترام كبير ولديه محفظة بحثية واسعة.

وأضاف لوكا: “كينت معلم مثير للإعجاب ومعلم مطلوب، وكان لعمله تأثير هائل على العديد من مجالات الفيزياء”. “إنه رائد في استخدام التعلم الآلي لاختبار النسبية العامة أثناء استكشاف الخصائص الفيزيائية الفلكية للنجوم النيوترونية، والعمل مع طلاب UVA لإنشاء ألعاب عبر الإنترنت تجمع بين البحث والتعليم لإلهام الشباب في جميع أنحاء العالم.”

وقالت كريستا أكامبورا، عميد الكلية وكلية الدراسات العليا للآداب والعلوم: “إن عمل البروفيسور ياجي رائع، ونحن فخورون بكونها عضوًا في هيئة التدريس لدينا، ليس فقط للاعتراف الذي ستحصل عليه لأنها ستحظى بتقدير كبير”. تعمل على تطوير حدود فهمنا للكون ولكن أيضًا لالتزامها بالابتكار في تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات.