گرانش ممکن است تنها محصولی از مکانیک کوانتوم باشد

یک مطالعه‌‌ی جدید در تلاش برای توضیح پدیده‌‌هایی نظیر درهم‌‌تنیدگی و تونل‌‌زنی کوانتومی می‌‌گوید فضا-زمان و گرانش تنها محصولاتی از اغتشاشات کوانتوم هستند.

یک تیم از فیزیکدانان نظری توضیح جدیدی برای این پرسش یافته‌‌اند که چرا جهان ما به شکل فعلی است و علت وجود این همه پدیده‌‌های شگفت در آن چیست. براساس این مقاله که اخیرا منتشر شده است، فضا-زمان (یعنی همان مفهومی که جهان ما بر آن بنیان شده) چیزی فراتر از یک محصول از مکانیک کوانتوم نیست. و اعوجاجات روی‌‌داده در این دنیای کوانتومی می‌توانند توضیح دهند که چرا ما با پدیده‌های عجیبی مانند درهم‌تنیدگی و تونل‌‌زنی کوانتومی مواجه می‌‌شویم.

این ممکن است ایده‌‌ای تازه به نظر برسد؛  اما درواقع خود بر پایه‌‌ی چندین فرضیه‌‌ی دیگر بنا شده ‌است. چنین نظریه‌‌ای می‌‌تواند یک پل ارتباطی میان دو نظریه‌‌ی بزرگ عالم فیزیک؛ یعنی نسبیت عام و مکانیک کوانتوم باشد. این بدان معنا است که ممکن است بالاخره راهی برای دستیابی به«نظریه‌‌ی همه‌‌چیز» یافته باشیم؛ نظریه‌‌ای که سال‌‌هاست فیزیکدانان در رؤیای اثبات آن هستند. پائولو کاسترو، یکی از پژوهشگران این مطالعه از دانشگاه لیسبون در پرتغال می‌‌گوید:

اگر ما بتوانیم بپذیریم که پدیده‌های گرانشی مثل شکل‌گیری منظومه‌‌های سیاره‌ای، کهکشان‌ها یا حتی سیاه‌چاله‌ها سرمنشائی مشابه ‌‌با پدیده‌‌هایی دیگر نظیر درهم‌‌تنیدگی و تونل‌‌زنی دارند، آن‌‌موقع شاید ایجاد یکپارچگی میان فیزیک کوانتوم و گرانش چندان هم دور از دسترس نباشد.

گرانش / gravity

اما اجازه دهید پیش از آنکه جلوتر برویم، کمی بیشتر مسئله را برایتان بشکافیم. بسیاری از افراد علاقه‌‌مند به علم فیزیک با این پرسش بنیادین مواجه‌‌اند که جهان ما واقعا از چه ساخته شده است. تاکنون بهترین پاسخی که براساس دانش فعلی خود بدان دست یافته‌‌ایم، چنین است: «فضا-زمان»

فضا-زمان، در حکم یک بافت عجیب است که با ترکیب‌‌کردن سه بعد از فضا و یک بعد از زمان، واقعیت را آن‌‌گونه که ما می‌‌بینیم، خلق می‌‌کند. این تمام آن چیزی است که توجیه نظری دنیای ما را تشکیل می‌‌دهد.

درواقع، وقتی که امواج گرانشی ناشی از یک برخورد بزرگ میان سیاه‌چاله‌ها شکل می‌‌گیرند، این امواج در بستر فضا-زمان حرکت می‌‌کنند. براساس نظریه‌‌ی نسبیت عام انیشتین، جاذبه در حقیقت یک ویژگی فضا-زمان محسوب می‌‌شود و زمانی به‌‌وجود می‌‌آید که فضا-زمان توسط اجرام بزرگی نظیر خورشید و زمین خمیده می‌‌شوند.

تا اینجا اوضاع خوب است. اما مشکل از آنجا آغاز می‌‌شود که باوجود موفقیت نسبیت عام در توجیه گرانش، مکانیک کوانتومی طی این سال‌‌ها هرگز قادر به توضیح کامل این نیرو نبوده است. و این قضیه حتی شامل پدیده‌‌های دیگری هم می‌‌شود که ما شواهدی مبنی‌‌بر وجود آن‌‌ها داریم ولی همچنان قادر به توضیحشان نیستیم؛ پدیده‌‌هایی مانند درهم‌تنیدگی و تونل‌‌زنی کوانتومی که در آن اطلاعات حتی سریع‌تر از سرعت نور حرکت می‌کنند . چگونه می‌‌توان وقوع چنینی پدیده‌‌هایی را با استفاده از نسبیت عام توضیح داد؟

این همان مسئله‌ای است که ما را به موضوع مقاله‌‌ی اخیر رهنمون می‌‌کند. براساس نظریه‌‌ی جدید کاسترو و تیمش، پاسخ این پرسش می‌‌تواند در منشا خود فضا-زمان باشد. کاسترو می‌گوید:

در نسبیت عام، فضا-زمان به‌‌مثابه یک مفهوم سه‌بعدی انعطاف‌‌پذیر تلقی می‌‌شود و تمامی اتفاقات رخ‌‌داده در جهان، در چارچوب آن تعریف می‌‌شود. مسیر احتمالی همه‌‌ی اجرام و سرعت حرکت آن‌ها براساس انحنای ایجادشده در فضازمان (بر اثر اجرام بزرگ‌‌تری نظیر ستارگان و سیارات) تعیین می‌‌شود. این همان مفهوم جاذبه است. در طرح پیشنهادی ما ، فضا-‌‌زمان به‌‌صورت بنیادین وجود ندارد؛ بلکه این مفهوم تنها نتیجه‌ی یک فرایند فیزیکی است که طی آن یک محیط زیرکوانتومی از یک وضعیت پراغتشاش به‌‌سوی یک وضعیت پایدارتر می‌‌رود.

مکانیک کوانتوم

این محیط زیرکوانتومی چیزی است که کاسترو از آن را به‌‌عنوان نوعی «فوم‌ بدوی» یاد می‌‌کند که فضا-زمان نیز از آن نشات می‌‌گیرد. شما می‌توانید این محیط را مانند یک سوپ کوانتومی در نظر بگیرید: ابتدا همه‌‌چیز در حال برهم‌‌خوردن است و چیزی جز هرج‌‌ومرج دیده نمی‌‌شود؛ اما وقتی حرکت این سوپ آرام‌‌تر و سازمان‌‌یافته‌‌تر می‌‌شود، آرام‌‌آرام ساختارها شروع به ظهور می‌کنند. کاسترو می‌افزاید:

درواقع، در نظریه‌‌ی ما این حالات سازمان‌یافته با امواج زیرکوانتومی در ارتباط هستند و نشان می‌دهند که رفتار فضا و زمان چگونه باید باشد و منجر به ایجاد حالات شدیدتری نظیر اثر درهم‌‌تنیدگی و تونل‌‌زنی خواهد شد.

همان‌‌گونه که رفتارهای متفاوت فضا-زمان از نشانه‌‌های گرانش محسوب می‌‌شود؛ باید گفت که گرانش خود مفهومی کوانتومی است. درحال‌حاضر، این موضوع کاملا نظری است؛ اما پژوهشگران به‌‌دنبال راه‌هایی برای آزمودن ایده‌های خود هستند.

یکی از ایده‌‌هایی که آن‌ها در ذهن دارند، نحوه‌‌ی قرار گیری عجیب سیاره‌ها در منظومه‌‌ی شمسی است که پژوهشگران پیش‌‌تر علت آن را وجود امواج زیرکوانتومی ایستا در اطراف خورشید فرض کرده بودند. اگر آن‌ها بتوانند این موضوع را اثبات کنند، ممکن است موفق شوند اندکی به اعتبار نظریه‌‌ی خود بیفزایند.

بااین‌حال، هنوز راهی طولانی در پیش است؛ اما این احتمالا نقطه‌‌ی شروع خوبی برای محاسبات و آزمایش‌‌های بیشتر خواهد بود. به‌‌ هر حال، جهان مملو از پدیده‌های بی‌شماری است که ما هنوز هیچ توضیحی برای آن‌ها نداریم. درحالی‌که بسیاری از پژوهشگران استدلال می‌کنند که برای توضیح این نوع پدیده‌‌ها، ما نیاز به تعریف یک «فیزیک جدید» داریم؛ اما شاید همچنان بتوانیم با تجدیدنظر و ارزیابی مجدد در مدل‌های موجود ، درک بهتری از واقعیات به‌‌دست آوریم.

منبع sciencealert

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید