در جستجوی ماهیت فضا و زمان

[Mohammad Aref 120,438]

دو محقق از پلی بالقوه میان نسبیت عام و مکانیک کوانتوم(دو نظریه برجسته در علم فیزیک) پرده برداشتند که می ­تواند فیزیکدانان را به تجدید نظری در خصوص ماهیت فضا و زمان وادار کند.

 

نظریه­ نسبیت عام آلبرت اینشتین، گرانش را به عنوان ویژگی هندسی فضا و زمان توصیف می­ کند. هر چه جرم یک جسم بیشتر باشد، تغییر بیشتری در فضا-زمان خواهد بود و این تغییر به شکل گرانش احساس می­ شود. در دهه­ ۱۹۷۰ میلادی، فیزیکدانان استیون هاوکینگ و یاکوب بکنشتاین متوجه ارتباطی میان قسمت سطحی سیاهچاله و ساختار کوانتومی میکروسکوپی آن شدند که آنتروپی‌اش را مشخص می­ کند. این موضوع نشان داد ارتباطی میان نظریه­ نسبیت عام اینشتین و مکانیک کوانتوم وجود دارد.

 

کمتر از سه دهه بعد، فیزیکدان نظری “خوان مالداسنا” ارتباط دیگری میان گرانش و دنیای کوانتوم کشف کرد. این ارتباط منجر به ارائه مدلی به این مضمون شد که فضا-زمان را می­توان با تغییر میزان درهم ­تنیدگی میان مناطق سطحی مختلف یک جسم، ایجاد یا نابود کرد. به بیانی دیگر، این مسئله به ما می­گوید فضا-زمان، حداقل همانطور که در مدل‌­ها توصیف شده است، محصول درهم ­تنیدگی میان اجسام است.

 

به منظور بررسی بیشتر این خط فکری، چونجون چائو و شان کارول از موسسه­ تکنولوژی کالیفرنیا(کل­تک) سعی کردند تا ببینند آیا می ­توانند ویژگی­‌های دینامیک گرانش(که از نسبیت عام با آن آشنا هستیم) را با استفاده از چارچوبی که فضا-زمان از درهم­ تنیدگی کوانتومی ایجاد می­ شوند را بدست بیاورند یا خیر. تحقیقات آنها به تازگی در مجلۀ arXiv منتشر شده است.

 

چائو و کارول با استفاده از مفهوم ریاضیاتی با نام فضای هیلبرت توانستند شباهت­‌هایی میان معادلات اصلی درهم ­تنیدگی کوانتومی و نسبیت عام پیدا کنند. این موضوع، ایدۀ ادغام فضا-زمان و گرانش از درهم ­تنیدگی کوانتومی را تایید می­ کند. کارول اظهار داشت قدم بعدی تحقیقات، مشخص­ کردن دقت فرضیات این مطالعات می ­باشد. او در این باره گفت: «یکی از آشکارترین راه‌­ها این است که چک کنیم آیا تقارن­‌های نسبیت در این چارچوب بازیابی شده‌­اند یا خیر. مخصوصا این نظریه که قوانین فیزیک بر سرعت حرکت شما در فضا بستگی ندارند.»

 

نظریه­ همه چیز

امروزه تقریبا تمام چیزهایی که ما از ابعاد فیزیکی کیهان می­دانیم را می­توان با نسبیت عام و مکانیک کوانتوم توضیح داد. نسبیت عام بسیاری از فعالیت­‌ها، مانند کهکشان‌ها یا سیارات را در مقیاس بزرگ توضیح می­دهد اما مکانیک کوانتوم به ما در درک ابعاد بسیار کوچک مانند اتم­ها و ذرات زیراتمی کمک می­ کند. گرچه به نظر این دو نظریه با یکدیگر قابل تلفیق نیستند. این مسئله باعث شده است تا فیزیکدانان در جستجوی نظریه­ همه ­چیز باشند. نظریه­‌ای که چارچوبی برای توضیح همه ­چیز، از جمله ماهیت فضا و زمان ارائه دهد.

 

چون گرانش و فضا-زمان بخش مهمی از “همه ­چیز” هستند، کارول معتقد است که تحقیقات او و چائو می­ تواند مسئله ادغام نسبیت عام و مکانیک کوانتوم را پیش ببرد. او اشاره کرد که مقالۀ آنها قطعیت نداشته و جامع نمی­باشد. او اظهار داشت: «تحقیقات ما هنوز در خصوص دیگر نیروهای طبیعت حرف زیادی برای گفتن ندارد، بنابراین ما هنوز فاصله­ زیادی با تلفیق “همه ­چیز” با یکدیگر داریم.»

 

با اینحال اگر ما به چنین نظریه­‌ای دست یابیم، می­تواند به یافتن پاسخی برای بزرگترین سوالات دانشمندان کمک کند. شاید ما بتوانیم ماهیت اصلی ماده تاریک، انرژی تاریک، سیاهچاله­‌ها و دیگر معماهای کیهانی را کشف کنیم. محققان در حال حاضر به دنبال استفاده از دنیای کوانتوم به منظور بهبود سیستم­‌های محاسباتی هستند. نظریه­ “همه­ چیز” می­تواند این فرایند را با گشودن دیدگاه­‌های تازه به این دنیای عجیب سرعت بخشد. در حالی که جستجوی دانشمندان برای نظریه­ همه ­چیز کم و بیش موفقیت‌­آمیز بوده است، به گفته­ کارول هر میزان از تحقیقات جدید(قطعی و…) می­تواند ما را یک قدم به یافتن این نظریه نزدیکتر کرده و عصر جدیدی در درک بشریت از کیهان آغاز شود.

 

ترجمه: رضا کاظمی - بیگ بنگ