گرانش بی گرانش!
بخش اول
بسياري از پژوهش‌هايي که امروزه در زمينه‌ي گرانش و کوانتوم انجام مي‌شود، پيامدهاي کشفي است که فيزيکداني به نام خوان مالداسنا (Juan Maldacena) آن را در سال 1997 اعلام کرد. مالداسنا در حال حاضر در مؤسسه‌ي پژوهش‌هاي پيشرفته در پرينستون کار مي‌کند. او موفق شده بود ميان دو مدل ظاهراً متفاوت از عالم، ارتباطي را در نظر بگيرد. مدل اول شبيه عالمي است که ما مي‌بينيم. در اين مدل عالم سه بعد دارد و مملو از ذره‌هاي کوانتومي است. اين ذره‌ها از قانون گرانش اينشتن پيروي مي‌کنند. در اين مدل فضا يک حجم در نظر گرفته مي‌شود.
در مدل دوم نيز عالم از ذره‌هاي کوانتومي تشکيل شده است، اما اين مدل عالم را دو بعدي در نظر مي‌گيرد و گرانش را اصلاً در نظر نمي‌گيرد. در اين مدل نوعي پوسته‌ي رياضياتي مانند يک بادکنک باد شده عالم را در بر مي‌گيرد. اين پوسته مرزهايي دارد. ذره‌هاي روي مرز از معادله‌هاي سيستمي کوانتومي پيروي مي‌کنند که تئوري ميدان همديس نام دارد.
مالداسنا کشف کرد که مفهوم حجم در مدل اول و مفهوم مرز در مدل دوم کاملاً با‌يکديگر هم‌ارز هستند. اين هم‌ارزي مانند هم‌ارزي تراشه‌ي دو بعدي و تصوير سه بعدي رايانه است. تراشه‌هاي دوبعدي رايانه کدهاي تصاوير سه بعدي روي نمايشگر را در خود دارند. در واقع اين دو مفهوم حاوي اطلاعات يکساني هستند و معادله‌هايشان فيزيک مشترکي را توضيح مي‌دهند.
ون رامسدونک مي‌گويد: «اين پديده به نوعي معجزه آسا است. مالداسنا به ما نشان داد که مي‌توانيم به حجمي از ذره‌هاي کوانتومي فکر کنيم بدون اين که گرانش را در نظر بگيريم. فقط کافي است هم‌ارز حالت کوانتومي مورد نظرمان را در مرز بيابيم. چندين سال از نوشته شدن مقاله‌ي مالداسنا گذشته است، اما فيزيکدانان همچنان در حال بررسي اين ايده هستند. در اين مدت ارجاع‌هاي زيادي به مقاله‌ي او داده شده است.»
ون رامسدونک يکي از علاقه‌مندان اين ايده بود. او پژوهش‌هاي خود را با يکي از اساسي ترين سوالاتي که در نظريه‌ي مالداسنا مطرح ميشد آغاز کرد: يک ميدان کوانتومي روي مرز چگونه در يک حجم سه بعدي گرانش ايجاد مي‌کند؟ او حدس مي‌زد که پاسخ اين سوال در گرو يافتن رابطه‌اي ميان درهم‌تنيدگي کوانتومي و هندسه باشد. البته نمي‌دانست که اهميت يافتن اين رابطه چقدر است. تا قبل از او پژوهش‌هايي درباره‌ي نظريه‌ي مالداسنا انجام شده بود. اما همگي اين موارد محدوديت‌هايي داشته و حالت‌هاي خاصي را در نظر مي‌گرفتند، مثلاً حجمي را که در آن يک سياهچاله وجود داشته باشد يا موارد خاص ديگر. اما رامسدونک تصميم داشت اين سوال را در حالت کلي پاسخ دهد و دريابد که آيا واقعاً هم‌ارزي مرز و حجم صحيح است و يا فقط يک اشتباه رياضي رخ داده است.
او در ابتدا يک حجم خالي عالم را در نظر گرفت که معادل يک ميدان تک کوانتومي روي يک مرز بود. اين ميدان ويژگي‌هاي مختلفي داشت که يکي از آن‌ها پديده‌ي درهم‌تنيدگي بود. رامسدونک با خود فکر مي‌کرد که در حجم عالم سه بعدي چه بر سر اين ويژگي مي‌آيد،يا به عبارت بهتر هم‌ارز اين ويژگي در عالم سه بعدي چيست؟
او با استفاده از معادله‌هايي که در سال 2006 توسط دو رياضيدان ژاپني، شينسي رئو (Shinsei Ryu) و تاداشي تاکاناگي ( Tadashi Takanagi) معرفي شد توانست به اين پرسش پاسخ دهد. معادله‌هاي آن‌ها به رامسدونک اجازه مي‌داد درهم‌تنيدگي را در مدل دو بعدي به آهستگي کم کند تا بتواند مشاهده کند که تأثير ويژگي درهم‌تنيدگي بر مدل سه بعدي چگونه است. در نهايت او دريافت که کم کردن درهم‌تنيدگي موجب بروز نوعي کشيدگي يکنواخت در فضا-زمان مي‌شود. اگر درهم‌تنيدگي به صفر ميل کند، فضا-زمان مانند آدامسي که کشيده شده باشد، پاره شده و دو فضا-زمان جدا از هم ايجاد مي‌شوند.
رامسدونک متوجه شد که رابطه‌ي ميان هندسه و درهم‌تنيدگي عام است. يعني درهم‌تنيدگي کوانتومي پديده‌اي است که باعث مي‌شود فضا-زمان در همه‌ي موارد، نه فقط درباره‌ي سياهچاله‌ها منعطف و کشبافتي باشد. او دوباره خاطرنشان مي‌کند: «فکر مي‌کنم تا کنون کسي به اين موضوع پي نبرده بود. به راستي فضا-زمان چيست؟»
درهم‌تنيدگي و آينشتاین
عنوان مقاله‌ي رامسدونک که مجله‌ي فيزيک انرژي‌هاي بالا آن را رد کرد، «درهم‌تنيدگي کوانتومي‌به جاي چسب هندسي» بود. ايده‌ي او در ميان فيزيکدان‌ها به سرعت منتشر شد و بسياري از افراد در حال بررسي آن هستند. با وجودي که برخي پژوهش‌ها اين نظريه را پشتيباني مي‌کنند، اما هنوز دليل قطعي و محکمي براي اثبات آن کشف نشده است.
 |
در سال 2013 مالداسنا و لئونارد ساسکيند (Leonard Susskind) از دانشگاه استنفورد مقاله‌ي مرتبطي را منتشر کردند که با دو مقاله‌ي برجسته‌ي سال 1935 مرتبط بود. يکي از آن‌ها را اينشتن به همراه ناتان روزن (Nathan Rosen) نگاشته بودند و در آن پديده‌اي را معرفي مي‌کردند که امروز به نام کرمچاله شهرت دارد. کرمچاله تونلي در فضا-زمان است که دو سياهچاله را به هم متصل مي‌کند. مقاله‌ي دوم توسط آينشتاین و روزن به همراه بوريس پودولسکي (Boris Podolsky) ، فيزيکدان امريکايي نوشته شد و در آن مفهوم درهم‌تنيدگي با جزئيات بررسي شده بود. ساسکيند و مالداسنا در مقاله‌ي اخير خود دلايلي ارائه داده‌اند که نشان مي‌دهد مي‌توان وجود کرمچاله‌ها و مفهوم درهم‌تنيدگي را با هم مرتبط دانست. آن‌ها حدس مي‌زدند که اگر دو ذره از طريق درهم تنيدگي به هم متصل شوند، يعني از طريق‌يک کرمچاله به هم رسيده‌اند و برعکس، ارتباطي که فيزيکدانان آن را کرمچاله مي‌نامند، هم‌ارز درهم‌تنيدگي است. در واقع دو رهيافت متفاوت به‌يک حقيقت مي‌رسند.
ادعاهاي بيان شده در اين مقاله هنوز اثبات نشده‌اند، اما جامعه‌ي فيزيکدانان به طور فزاينده اي در حال متقاعد شدن هستند مبني بر اينکه اين حقيقت وجود دارد. مالداسنا، ساسکيند و ساير دانشمندان فرضيه‌هاي طرح شده در مقاله را به بوته‌ي آزمايش گذاشتند تا ببينند که از لحاظ رياضي، اين فرضيه‌ها با داده‌هايي که از قبل درباره‌ي کرمچاله‌ها و درهم‌تنيدگي مطرح شده بودند سازگار هستند‌يانه. پاسخ اين سوال «بله» است.
بخش سوم
منبع:
Nature
شبح کوانتمی: ۱ -۲
تله پورت
منابع مفید:
سریع‌تر از نور
سفر در زمان
کرمچاله‌ها
سفر در زمان، بدون کرماچاله هرگز!
بی‌نهایت زیبا و ویرانگر
بی‌نهایت زیبا و ویرانگر : ۲
زمانی که واقعیت ندارد!
نور: موجی یا ذره‌ای؟
احتمال کواتنمی
محاسبات کوانتمی
نظریه اطلاعات
رمزنگاری کوانتمی: ۱- ۲ - ۳
Nature: What is really real?
Nature: The Origins of Space-Time
Leonard susskind
Quantum Computer Quest
Building up spacetime with quantum entanglement (برای کسانی که تخصصی مطالب را دنبال می‌کنند.)