دانلود مستند فضایی با زیر نویس فارسی

فضا-زمان دقیقا از چه چیزی ساخته شده است؟

1
زمان مطالعه: 6 دقیقه

بسیاری از دانشمندان باور دارند فضا زمان ممکن است موضوعی بنیادی نباشد، بلکه معلول تلقی شده و از رفتار و ساختاری با ماهیت بنیادی‌تر سرچشمه بگیرد. در عمیق‌ترین سطح واقعیت شاید نتوان به پرسش‌هایی مثل «کجا؟» و «چه زمانی؟» جواب دهیم! منشا چنین مفاهیمی، نظریه‌ گرانش کوانتومی است. بهترین نظریه‌ در رابطه با گرانش، نسبیت عام اینشتین بوده که بر اساس آن فضا بستری با ۴ بعداست و در کنار اجسام سنگین خمیده می‌شود.

مکانیک کوانتومی هم شاخه‌ای اساسی از فیزیک نظری است که با پدیده‌های فیزیکی در مقیاس‌های میکروسکوپی سروکار دارد. با این دو نظریه به «نظریه‌ همه‌چیز» (Theory of everything) می‌رسیم که به توضیح ارتباط همه پدیده‌های فیزیکی با یکدیگر می‌پردازد.

این نظریه در اصل کوششی برای تلفیق نظریه نسبیت عام اینشتین و مکانیک کوانتومی است که با هم ناسازگارند. گذر زمان در فضا چگونه است؟ این مطلب جذاب را از دست ندهید!

فضا زمان و نظریه‌های مرتبط آن

با اینکه طبق فیزیک کوانتوم، ماهیت فضا زمان تغییرناپذیر است، نسبیت عام آن را دچار خمیدگی می‌کند! پس برای سازگار‌ کردن فرضیه‌ها در رابطه با فضا-زمان به نظریه‌ای مثل گرانش کوانتومی نیاز است که موجب متحد شدن نظریه نسبیت عام با مکانیک کوانتومی می‌شود.

امروزه دانشمندان نظریه‌ ریسمان (String Theory) را به عنوان محبوب‌ترین فرضیه منتخب گرانش کوانتومی می‌شناسند. طبق این نظریه، رشته‌ها اجزای بنیادین ماده و انرژی هستند و باعث می‌شوند تا ذرات زیراتمی بنیادی به‌ عنوان شتاب‌دهنده‌های ذرات در اطراف کیهان و عامل گرانش تلقی بشوند.

طی سال‌های گذشته، نظریه‌های مرتبط با فضا زمان، دیدگاه فیزیکدانان را نسبت به سیاهچاله تغییر دادند. هم‌اکنون آن‌ها از چنین مفاهیمی برای توضیح اجرام عجیب‌تری مانند کرم چاله بهره می‌گیرند که در‌ واقع تونل‌های فرضی و مثل پل‌هایی بین نواحی دوردست در فضا زمان هستند. اگر فضا-زمان دارای ماهیتی برآمده باشد، دستیابی به منشا آن و نحوه این برخاستن شاید از «نظریه‌ همه‌چیز» رمزگشایی کند.

فضا زمان

از نظر بسیاری از طرفداران تئوری ریسمان، فضا یک معلول به شمار می‌آید. این فرضیه زمانی مطرح شد که خوان مالداسنا (Juan Maldacena)، فیزیکدان موسسه‌ مطالعات پیشرفته (IAS) آمریکا، تناظر میان یک نظریه‌ ریسمان به نام تئوری میدان همدیس (CFT) و نوع خاصی از فضا زمان نسبیت عامی به نام فضای آنتی دی‌سیتر (AdS) را مطرح کرد.

ظاهرا این دو نظریه کاملا با هم فرق دارند؛ چون نظریه‌ CFT فاقد گرانش بوده و فضای AdS نیز همه مشخصات نظریه‌ نسبیت را دارد. کشف تناظر AdS/CFT رابطه‌ ریاضی ملموسی را بین نظریه‌ کوانتومی و جهانی دارای گرانش ارائه می‌کند.

فضای AdS در تناظر AdS/CFT یک بعد بیشتر از فضای CFT دارد، البته فیزیکدانان از چنین عدم تطابقی استقبال می‌کنند. آن‌ها به وسیله آزمایش نمونه‌ای از نوع دیگر تناظر به نام اصل هولوگرافیک (Holographic Principle) به این نتیجه رسیده‌اند که سطح دوبعدی سیاهچاله مثل یک هولوگرام عمل می‌کند و در نتیجه بر اساس آن می‌توان به اطلاعات سه‌بعدی داخل سیاهچاله دست یافت.

اصل تمام‌نگار یا هولوگرافیک، در واقع انگاشته‌ای از نظریه ریسمان و فرضیه‌ای مطابق خاصیت گرانش کوانتومی بوده که توضیح می‌دهد حداکثر مقدار محتوای داده‌های محدود به هر سطحی دارای یک میزان حداکثر است و این امر به ساختار تخت کیهان بازمی‌گردد.

در تناظر AdS/CFT هم CFT چهاربعدی همه‌ چیز را در ارتباط با فضای پنج‌بعدی AdS رمزنگاری می‌کند. در این سامانه، تمام قسمت فضا-زمانی از تعامل بین بخش‌های سامانه کوانتومی در تئوری میدان همدیس تشکیل می‌شود.

مالداسنا این فرآیند را به مطالعه یک رمان تشبیه کرده و می‌گوید: «وقتی رمان می‌خوانید، همواره با شخصیت‌هایی مواجه می‌شوید که در حال انجام کاری هستند؛ اما تنها چیزی که مشاهده می‌کنید، متن و نوشته‌های کتاب است. شخصیت‌های رمان مثل نظریه‌ AdS و نوشته‌های کتاب همان CFT هستند.»

در اینجا دو سوال مطرح می‌شود؛ اول اینکه فضای درون Ads دقیقا از کجا سرچشمه می‌گیرد و دیگر اینکه اگر در نظر بگیریم این فضا معلول است، دلیل آن چیست؟ پاسخ به این پرسش نوعی تعامل خاص و عجیب کوانتومی در CFT موسوم به درهم‌تنیدگی (Entanglement) است که به اتصال دوربرد میان اجسام گفته می‌شود.

در مکانیک کوانتوم، وقتی دو شی با هم ارتباط برقرار می‌کنند، در‌ حقیقت در‌هم‌تنیده می‌شوند و تا زمانی که از سایر نقاط جهان ایزوله باشند، فارغ از میزان فاصله، درهم‌تنیده باقی می‌مانند.

فضا زمان فیزیک

اگر فضا برآیند یا معلول باشد، قابلیت درهم‌تنیدگی در مقیاس‌های بزرگ، دیگر پدیده‌ اسرارآمیزی نخواهد بود؛ چون فاصله هم یک ساختار است. بر اساس پژوهش‌های دانشمندانی مانند شینسی ریو (Shinsei Ryu)، از دانشگاه پرینستون (Princeton University) آمریکا، و تاداشی تاکایاناگی (Tadashi Takayanagi)، از دانشگاه کیوتو (Kyoto University) ژاپن، درهم‌تنیدگی موجب تشکیل فاصله‌ها در فضای AdS می‌شود. دو نقطه‌ نزدیک فضا در سمت AdS منطبق با دو مولفه‌ به‌ شدت درهم‌تنیده‌ کوانتومی در CFT هستند. هرچقدر شدت درهم‌تنیدگی بیشتر باشد، مناطق فضا به یکدیگر نزدیک‌تر هستند.

در همین رابطه بخوانید: جاذبه و اثری که بر بدن انسان میگذارد+فیلم

چه عاملی فضا را نگه می‌دارد؟

لئونارد ساسکیند (Leonard susskind)، فیزیکدان آمریکایی، می‌گوید: «چه عاملی فضا را نگه می‌دارد و از سقوط آن در مناطق مجزا جلوگیری می‌کند؟ پاسخ به درهم‌تنیدگی بین دو بخش فضا وابسته است. پیوستگی و اتصال فضا خود مدیون درهم‌تنیدگی مکانیک کوانتومی است. درهم‌تنیدگی می‌تواند ساختار فضا را حفظ و تار‌و‌پودی ایجاد کند که هندسه‌ جهان را شکل می‌دهد. اگر بتوانید درهم‌تنیدگی بین دو بخش از فضا را از بین ببرید، فضا از هم می‌پاشد و این دقیقا نقطه‌ مقابل برآمدن است. اگر فضا از درهم‌تنیدگی تشکیل شده باشد، حل معمای گرانش کوانتومی آسان‌تر خواهد شد؛ به‌ جای تلاش برای خم‌ کردن فضا به شیوه‌ای کوانتومی، خود فضا از پدیده‌ای کاملا بنیادی و کوانتومی تشکیل می‌شود.»

تناظر AdS/CFT عموما به‌ عنوان نمونه‌ بارزی از برخاستن فضا-زمان از سامانه کوانتومی تعریف می‌شود، ولی شاید آن‌‌طور که نشان می‌دهد نباشد. به گفته فیزیکدانان AdS/CFT دستورالعمل ترجمه بین حقایق فضا-زمان و حقایق نظریه‌ کوانتومی را ارائه می‌دهد؛ بنابراین فضا-زمان می‌تواند معلول باشد و نظریه‌های کوانتومی بنیادی برای آن وجود داشته باشد.

عکس این مسئله هم حقیقت دارد. تناظر می‌تواند بدین‌ معنی باشد که نظریه‌ کوانتوم معلول و فضا-زمان، نظریه‌ای بنیادی است یا هیچ‌کدام بنیادی نیستند و نظریه‌ بنیادی عمیق‌تری وجود دارد. معلول‌ شدن ادعایی قوی است، ولی فقط با نگاه‌ کردن به AdS/CFT نمی‌توان تعریفی قطعی را برای این فرضیه ارائه داد. چالش به‌ شدت بزرگ‌تر برای نظریه‌ ریسمان این است که تصویر فضا-زمان برآمده از دیدگاهی پنهان است.

فضا زمان فیزیک

نظریه‌ ریسمان تنها نظریه‌ای نیست که نشان می‌دهد فضا-زمان برآمده از چیز دیگری است. آبهای اشتکار (Abhay Ashtkar)، فیزیکدان دانشگاه ایالتی کالیفرنیا (CSU) آمریکا، می‌گوید: «نظریه‌ ریسمان در یافتن راهی برای یکپارچه‌سازی گرانش و مکانیک کوانتوم مشکل دارد. قدرت نظریه‌ ریسمان به ارائه‌ مجموعه ابزارهای غنی بازمی‌گردد که به‌ صورت گسترده در طیف کاملی از فیزیک استفاده شده‌اند.»

در گرانش کوانتومی حلقوی (LQG) که می‌کوشد ویژگی‌های کوانتومی گرانش را توصیف کند، فضا و زمان مثل نظریه‌ نسبیت عام مسطح و پیوسته نیستند؛ این دو در واقع از مولفه‌های گسسته‌ای تشکیل شده‌اند که آشتکار آن‌ها را توده‌ها یا اتم‌های فضا-زمانی می‌نامد. این اتم‌های فضا-زمانی در شبکه‌ای با سطوح یک‌ بعدی و دو بعدی به هم متصل شدند که متخصصان گرانش کوانتومی به آن‌ها «کف چرخشی» می‌گویند. با اینکه این کف به دوبعد محدود است، در دنیای چهاربعدی ما با سه بعد فضا و یک بعد زمان حضور پیدا کرده است.

در همین رابطه بخوانید: دانشمندان در تلاش برای ایجاد جاذبه مصنوعی در سفرهای فضایی+فیلم

آشتکار می‌گوید: «اگر به لباستان نگاه کنید، مثل سطحی دوبعدی به‌ نظر می‌رسد. اگر ذره‌بین بردارید، متوجه می‌شوید این سطح از نخ‌های یک‌بعدی تشکیل شده است. این نخ‌ها به‌ شکلی متراکم برای اهداف کاربردی کنار هم قرار می‌گیرند؛ بنابراین می‌توانید لباس را به‌ شکل سطحی سه‌‌بعدی ببینید؛ پس به‌‌‌طور مشابه فضای اطراف ما هم مثل پیوستاری (Continuum) سه‌بعدی است که در واقع از تار‌و‌پود اتم‌های فضا-زمانی ساخته شده است.»

نظریه ریسمان و گرانش کوانتوم در بحث فضا-زمان

گرچه نظریه‌ ریسمان و گرانش کوانتومی حلقوی هر دو نشان می‌دهند فضا-زمان معلول بوده، نوع این معلولیت در دو نظریه متفاوت است. بر اساس نظریه‌ ریسمان، فضا-زمان یا حداقل فضا برخاسته از رفتار سامانه‌ای به‌ ظاهر غیر مرتبط به‌ شکل درهم‌تنیدگی است. مثلا خودروها از ترافیک ساخته نشده‌اند، بلکه آن را می‌سازند. در گرانش کوانتومی حلقوی، برخاستن فضا-زمان بیشتر مانند تپه‌ ماسه‌ای شیب‌داری بوده که از حرکت جمعی دانه‌های ماسه در باد تشکیل شده است.

با وجود این تفاوت‌ها، هر دو نظریه‌ ریسمان و گرانش کوانتوم حلقوی بیانگر این هستند که فضا-زمان از یک واقعیت بنیادی‌تر نشات می‌گیرد. گفتنی است تنها نظریه‌های گرانش کوانتومی نیستند که به این رویکرد اشاره می‌کنند و نظریه‌ مجموعه‌‌های سببی (Causal sets)، رقیب دیگر نظریه‌ گرانش کوانتومی است که فرض می‌کند فضا و زمان از مولفه‌های بنیادی تشکیل شده‌اند.

نظر شما در این باره چیست؟ آیا با این اوصاف فکر می‌کنید فضا-زمان از یک واقعیت بنیادی‌تر سرچشمه می‌گیرد؟ آن واقعیت چه می‌تواند باشد؟ دیدگاه‌های خود را در قسمت نظرات با ما در میان بگذارید.

منبع zoomit wikipedia wikipedia wikipedia faradars
با اشتراک گذاری مطلب از اسپاش حمایت کنید
https://espash.ir/?p=64162
مطالب پیشنهادی اسپاش
اشتراک در
اطلاع از
guest

1 دیدگاه
بیشترین رأی
تازه‌ترین قدیمی‌ترین
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها