نسخه چاپی
ارسال به دوستان
آيا جهان ما يک هولوگرام است؟
توصيف جهان نياز به ابعاد کمتري از آنچه که ما تصور مي‌کنيم، دارد. محاسبات جديد نشان مي‌دهد که اين تنها يک ترفند رياضي نيست بلکه يک ويژگي بنيادي فضا است.
در نگاه اول، کوچک‌ترين شکي وجود ندارد: براي ما جهان سه بعدي ديده مي‌شود. اما يکي از مفيدترين نظريه‌هاي فيزيک نظري در دو دهه اخير به چالش کشيدن اين فرض است. «اصل هولوگرافيک» ادعا مي‌کند که يک توصيف رياضي از جهان نياز به يک بعد کمتر از آنچه ديده مي‌شود، دارد. آنچه ما به صورت سه بعدي درک مي‌کنيم ممکن است تصويري از فرآيندهاي دو بعدي روي يک افق کيهاني عظيم باشد.
آيا جهان ما يک هولوگرام است؟
تاکنون اين اصل در جهان‌هايي با خمش منفي مطالعه شده است. اين از ديدگاه نظري جالب است اما چنين فضاهايي با فضاي جهان ما کاملاً متفاوت است. نتايج به‌دست آمده توسط پژوهش‌گران در TU Wien (Vienna) اکنون پيشنهاد مي‌کند که اصل هولوگرافيک حتي در فضا‌زمان تخت نيز برقرار است.
اصل هولوگرافيک
هولوگرام‌هاي روي کارت‌هاي شناسايي و چک‌هاي بانکي شناخته شده هستند. آن‌ها دو بعدي هستند ولي براي ما سه بعدي به نظر مي‌رسند. جهان ما مي‌تواند کاملاًمشابه رفتار کند: «در سال 1997، فيزيک‌داني به نام جوآن مالداسنا (Juan Maldacena) اين ايده را پيشنهاد کرد که يک تناظر ميان نظريه‌هاي گرانشي در فضا‌هاي پاد دوسيته خميده از يک سو و نظريه هاي ميدان کوانتومي از سوي ديگر وجود دارد.» اين گفته‌ي دانيل گروميلر (Daniel Grumiller) از TU Wien است.
پديده‌هاي گرانشي در نظريه با سه بعد فضايي توصيف مي‌شوند، رفتار ذره کوانتومي در نظريه‌اي با دو بعد فضايي محاسبه مي‌شود و نتيجه هر دو محاسبه قابل تبديل به يکديگر هستند. چنين تناظري کاملاً شگفت‌آور است. اين شبيه به اين است که متوجه شويم معادلات يک کتاب درسي ستاره‌شناسي قابل استفاده براي تعمير يک دستگاه پخش سي دي است. اما اين روش اثبات شده است که بسيار موفق است. بيش از ده هزار مقاله علمي در مورد «تناظر AdS/CFT» مالداسنا منتشر شده است.
تناظر حتي در فضاي تخت
براي فيزيک نظري، اين تناظر مهم است اما به نظر ربط چنداني با دنياي ما ندارد. ظاهراً ما در چنين فضاي پاد دوسيته‌اي زندگي نمي‌کنيم. چنين فضاهايي ويژگي‌هاي عجيبي دارند. آن‌ها خمش منفي دارند. هر شيئي که روي خط مستقيم دور انداخته شود سرانجام برخواهد گشت. اما «جهان ما در مقابل کاملاً تخت است و در فواصل نجومي خمش مثبت دارد»، اين گفته‌ي گروميلر است.
اما گروميلر مدتي اين تصور را داشته است که اصل تناظر مي‌تواند براي جهان حقيقي ما نيز برقرار باشد. براي آزمودن اين فرض، نظريه‌هاي گرانشي بايد ساخته شوند که نيازي به فضاي مرموز پاد دوسيته نداشته باشند بلکه در فضاي تخت زندگي کنند. براي سه سال، او و تيمش در TU Wien (Vienna) در همکاري با دانشگاه ادينبورگ، هاروارد، IISER Pune، ام آي تي و دانشگاه کيوتو روي آن کار کردند. اکنون گروميلر و همکارانش از هند و ژاپن مقاله‌اي در فيزيکال ريويو لترز به چاپ رسانده‌اند که درستي اصل تناظر در فضاي تخت را تاييد مي‌کند.
دو بار محاسبه با نتيجه مشابه
«اگر گرانش کوانتومي در يک فضاي تخت اجازه‌ي توصيف هولوگرافيک توسط يک نظريه کوانتومي استاندارد را مي‌دهد، بنابراين بايد کميت‌هاي فيزيکي وجود داشته باشند که در هر دو نظريه قابل محاسبه هستند و نتايج بايد در توافق باشند.» اين گفته‌ي گروميلر است. به طور خاص، يک ويژگي کليدي مکانيک کوانتومي درهم‌تنيدگي کوانتومي است که بايد در نظريه گرانشي نيز ظاهر شود.
هنگامي‌که ذرات کوانتومي درهم‌تنيده مي‌شوند، نمي‌توانند به صورت جداگانه توصيف شوند. آن‌ها يک شيئ کوانتومي واحد تشکيل مي‌دهند حتي اگر جدا از يکديگر قرار گرفته باشند. معياري براي ميزان درهم‌تنيدگي در يک سيستم کوانتومي وجود دارد که «آنتروپي درهم‌تنيدگي» ناميده مي‌شود. گروميلر با همراهي آرجان باگچي (Arjun Bagchi)، رودرانيل باسو (Rudranil Basu) و مکس ريگلر (Max Riegler) نشان دادند که اين آنتروپي درهم‌تنيدگي مقدار مشابهي در گرانش کوانتومي تخت و يک نظريه ميدان کوانتومي با بعد پايين مي‌گيرد.
«اين محاسبه، فرض ما مبني بر اينکه اصل هولوگرافي مي‌تواند در جهان تخت نيز تحقق يابد را تاييد مي‌کند. اين گواهي بر درستي اين تناظر در جهان ما است.» اين گفته‌ي مکس ريگلراست. گروميلر مي‌گويد « اين حقيقت که ما مي‌توانيم حتي در مورد اطلاعات کوانتومي و آنتروپي درهم‌تنيدگي در يک نظريه گرانشي نيز صحبت کنيم به خودي خود عجيب است و به سختي در چند سال پيش قابل تصور بود. اينکه ما اکنون قادر به استفاده از آن به عنوان ابزاري براي آزمودن اعتبار اصل هولوگرافيک هستيم و اين آزمون کار مي‌کند، کاملاً قابل توجه است.»
اما به هرحال اين اثبات نمي‌کند که ما در يک هولوگرام زندگي مي‌کنيم اما ظاهراً شاهد در حال رشدي براي اعتبار اصل تناظر در جهان ما وجود دارد.
اين تحقيق در فيزيکال ريويو لترز به چاپ رسيده است.
*انجمن فيزيک ايران
در نگاه اول، کوچک‌ترين شکي وجود ندارد: براي ما جهان سه بعدي ديده مي‌شود. اما يکي از مفيدترين نظريه‌هاي فيزيک نظري در دو دهه اخير به چالش کشيدن اين فرض است. «اصل هولوگرافيک» ادعا مي‌کند که يک توصيف رياضي از جهان نياز به يک بعد کمتر از آنچه ديده مي‌شود، دارد. آنچه ما به صورت سه بعدي درک مي‌کنيم ممکن است تصويري از فرآيندهاي دو بعدي روي يک افق کيهاني عظيم باشد.
آيا جهان ما يک هولوگرام است؟
تاکنون اين اصل در جهان‌هايي با خمش منفي مطالعه شده است. اين از ديدگاه نظري جالب است اما چنين فضاهايي با فضاي جهان ما کاملاً متفاوت است. نتايج به‌دست آمده توسط پژوهش‌گران در TU Wien (Vienna) اکنون پيشنهاد مي‌کند که اصل هولوگرافيک حتي در فضا‌زمان تخت نيز برقرار است.
اصل هولوگرافيک
هولوگرام‌هاي روي کارت‌هاي شناسايي و چک‌هاي بانکي شناخته شده هستند. آن‌ها دو بعدي هستند ولي براي ما سه بعدي به نظر مي‌رسند. جهان ما مي‌تواند کاملاًمشابه رفتار کند: «در سال 1997، فيزيک‌داني به نام جوآن مالداسنا (Juan Maldacena) اين ايده را پيشنهاد کرد که يک تناظر ميان نظريه‌هاي گرانشي در فضا‌هاي پاد دوسيته خميده از يک سو و نظريه هاي ميدان کوانتومي از سوي ديگر وجود دارد.» اين گفته‌ي دانيل گروميلر (Daniel Grumiller) از TU Wien است.
پديده‌هاي گرانشي در نظريه با سه بعد فضايي توصيف مي‌شوند، رفتار ذره کوانتومي در نظريه‌اي با دو بعد فضايي محاسبه مي‌شود و نتيجه هر دو محاسبه قابل تبديل به يکديگر هستند. چنين تناظري کاملاً شگفت‌آور است. اين شبيه به اين است که متوجه شويم معادلات يک کتاب درسي ستاره‌شناسي قابل استفاده براي تعمير يک دستگاه پخش سي دي است. اما اين روش اثبات شده است که بسيار موفق است. بيش از ده هزار مقاله علمي در مورد «تناظر AdS/CFT» مالداسنا منتشر شده است.
تناظر حتي در فضاي تخت
براي فيزيک نظري، اين تناظر مهم است اما به نظر ربط چنداني با دنياي ما ندارد. ظاهراً ما در چنين فضاي پاد دوسيته‌اي زندگي نمي‌کنيم. چنين فضاهايي ويژگي‌هاي عجيبي دارند. آن‌ها خمش منفي دارند. هر شيئي که روي خط مستقيم دور انداخته شود سرانجام برخواهد گشت. اما «جهان ما در مقابل کاملاً تخت است و در فواصل نجومي خمش مثبت دارد»، اين گفته‌ي گروميلر است.
اما گروميلر مدتي اين تصور را داشته است که اصل تناظر مي‌تواند براي جهان حقيقي ما نيز برقرار باشد. براي آزمودن اين فرض، نظريه‌هاي گرانشي بايد ساخته شوند که نيازي به فضاي مرموز پاد دوسيته نداشته باشند بلکه در فضاي تخت زندگي کنند. براي سه سال، او و تيمش در TU Wien (Vienna) در همکاري با دانشگاه ادينبورگ، هاروارد، IISER Pune، ام آي تي و دانشگاه کيوتو روي آن کار کردند. اکنون گروميلر و همکارانش از هند و ژاپن مقاله‌اي در فيزيکال ريويو لترز به چاپ رسانده‌اند که درستي اصل تناظر در فضاي تخت را تاييد مي‌کند.
دو بار محاسبه با نتيجه مشابه
«اگر گرانش کوانتومي در يک فضاي تخت اجازه‌ي توصيف هولوگرافيک توسط يک نظريه کوانتومي استاندارد را مي‌دهد، بنابراين بايد کميت‌هاي فيزيکي وجود داشته باشند که در هر دو نظريه قابل محاسبه هستند و نتايج بايد در توافق باشند.» اين گفته‌ي گروميلر است. به طور خاص، يک ويژگي کليدي مکانيک کوانتومي درهم‌تنيدگي کوانتومي است که بايد در نظريه گرانشي نيز ظاهر شود.
هنگامي‌که ذرات کوانتومي درهم‌تنيده مي‌شوند، نمي‌توانند به صورت جداگانه توصيف شوند. آن‌ها يک شيئ کوانتومي واحد تشکيل مي‌دهند حتي اگر جدا از يکديگر قرار گرفته باشند. معياري براي ميزان درهم‌تنيدگي در يک سيستم کوانتومي وجود دارد که «آنتروپي درهم‌تنيدگي» ناميده مي‌شود. گروميلر با همراهي آرجان باگچي (Arjun Bagchi)، رودرانيل باسو (Rudranil Basu) و مکس ريگلر (Max Riegler) نشان دادند که اين آنتروپي درهم‌تنيدگي مقدار مشابهي در گرانش کوانتومي تخت و يک نظريه ميدان کوانتومي با بعد پايين مي‌گيرد.
«اين محاسبه، فرض ما مبني بر اينکه اصل هولوگرافي مي‌تواند در جهان تخت نيز تحقق يابد را تاييد مي‌کند. اين گواهي بر درستي اين تناظر در جهان ما است.» اين گفته‌ي مکس ريگلراست. گروميلر مي‌گويد « اين حقيقت که ما مي‌توانيم حتي در مورد اطلاعات کوانتومي و آنتروپي درهم‌تنيدگي در يک نظريه گرانشي نيز صحبت کنيم به خودي خود عجيب است و به سختي در چند سال پيش قابل تصور بود. اينکه ما اکنون قادر به استفاده از آن به عنوان ابزاري براي آزمودن اعتبار اصل هولوگرافيک هستيم و اين آزمون کار مي‌کند، کاملاً قابل توجه است.»
اما به هرحال اين اثبات نمي‌کند که ما در يک هولوگرام زندگي مي‌کنيم اما ظاهراً شاهد در حال رشدي براي اعتبار اصل تناظر در جهان ما وجود دارد.
اين تحقيق در فيزيکال ريويو لترز به چاپ رسيده است.
*انجمن فيزيک ايران
