دستور جدید برای گرانش؛ راهی برای پیوند نسبیت عام اینشتین با فیزیک کوانتومی و کشف اسرار جهان تاریک
دستور جدید برای گرانش؛ راهی برای پیوند نسبیت عام اینشتین با فیزیک کوانتومی و کشف اسرار جهان تاریک
دانشمندان پیشنهاد کردهاند که اگر گرانش از انتروپی ناشی شود, میتوان نظریه نسبیت عام اینشتین را با فیزیک کوانتومی ترکیب کرد و در عین حال به درک ماده تاریک و انرژی تاریک کمک نمود.
آیا گرانش کوانتومی از انتروپی سرچشمه میگیرد؟
یک نظریه جدید درباره گرانش میتواند برخی از بزرگترین معماهای کیهان را حل کند. این نظریه پیشنهاد میکند که «گرانش کوانتومی» میتواند از مفهومی به نام انتروپی کوانتومی ناشی شود. اگر این فرضیه درست باشد, میتوان به درک بهتر ماده و انرژی تاریک کمک کرد و همچنین راهی برای پیوند دادن نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین با فیزیک کوانتومی یافت.
از ابتدای قرن بیستم, نظریه نسبیت عام اینشتین بهترین توصیف ما از چگونگی عملکرد گرانش بوده است. در همان دوره, فیزیکدانان بنیانهای مکانیک کوانتومی را نیز بنا نهادند. هر دو نظریه به مرور زمان آزمایش, اصلاح و بهبود یافتهاند و به رغم چالشهای علمی, همچنان معتبر باقی ماندهاند. اما مشکل بزرگی وجود دارد؛ این دو نظریه نمیتوانند در یک چارچوب واحد ترکیب شوند.
شکاف میان نسبیت عام و مکانیک کوانتومی
یکی از چالشهای اساسی در فیزیک نظری این است که هیچ نظریه پذیرفتهشدهای برای «گرانش کوانتومی» وجود ندارد. این موضوع باعث شده است که دانشمندان برای یافتن «نظریهای برای همهچیز» که هم نسبیت عام و هم فیزیک کوانتومی را در بر بگیرد, با دشواریهای جدی روبهرو شوند. تلاشهای بزرگانی مانند استیون هاوکینگ و حتی خود اینشتین نیز تاکنون بینتیجه مانده است.
در این میان, جینسترا بیانکونی, استاد ریاضیات کاربردی در دانشگاه کوئین مری لندن, چارچوبی را پیشنهاد کرده است که در آن, گرانش کوانتومی از مفهومی به نام «انتروپی نسبی کوانتومی» سرچشمه میگیرد. این مفهوم به اندازهگیری تفاوت بین دو حالت کوانتومی میپردازد.
نسبیت عام و جهان تاریک
نسبیت عام که در سال 1915 توسعه یافت, نشان میدهد که گرانش ناشی از انحنای فضا-زمان توسط اجرام پرجرم است. هرچه جرم یک جسم بیشتر باشد, انحنای فضا-زمان شدیدتر و در نتیجه نیروی گرانشی آن قویتر خواهد بود. این نظریه بارها و بارها مورد آزمایش قرار گرفته و جایگزین نظریه نیوتن بهعنوان دقیقترین توصیف از گرانش در مقیاس کیهانی شده است.
اما با وجود موفقیتهایش, نسبیت عام نمیتواند همه چیز را توضیح دهد. بهعنوان مثال, ماده تاریک و انرژی تاریک از جمله بزرگترین اسرار کیهان هستند که در چارچوب نسبیت عام جای نمیگیرند.
ماده تاریک مادهای نامرئی است که پنج برابر بیشتر از ماده معمولی در کیهان وجود دارد, اما تاکنون هیچ نشانهای از آن مستقیماً مشاهده نشده است. انرژی تاریک نیز نیرویی ناشناخته است که باعث انبساط شتابدار کیهان میشود و تقریباً 68 درصد از کل ماده و انرژی جهان را تشکیل میدهد. در مجموع, جهان تاریک شامل 95 درصد از محتوای کل کیهان است و تنها 5 درصد از آن شامل مادهای است که درک میکنیم.
دستور جدید برای گرانش؛ پلی میان نسبیت عام و فیزیک کوانتومی
چارچوب جدیدی که بیانکونی پیشنهاد داده است, متریک فضا-زمان در نسبیت عام را مانند یک عامل ریاضیاتی موسوم به عملگر در نظر میگیرد. عملگرها در فیزیک کوانتومی برای تغییر حالتهای کوانتومی استفاده میشوند. این مدل جدید منجر به یک «کنش انتروپیک» تازه میشود که معادلات اینشتین را اصلاح میکند.
در انرژیهای پایین و در مناطقی از فضا که انحنای کمی دارند (یعنی گرانش ضعیف است), این معادلات تقریباً همان نتایج نسبیت عام را ارائه میدهند. اما این مدل فراتر از نسبیت عام میرود و ثابت کیهانی مثبتی را پیشبینی میکند که بهتر از مدلهای کنونی با مشاهدات مربوط به انبساط کیهان هماهنگ است.
علاوه بر این, یک کمیت جدید به نام میدان G در این مدل ظاهر میشود که میتواند مسئول اثرات گرانشی ماده تاریک باشد.
بیانکونی درباره این مدل جدید میگوید:
“این تحقیق پیشنهاد میکند که گرانش کوانتومی منشأیی انتروپیک دارد و نشان میدهد که میدان G میتواند نامزد مناسبی برای ماده تاریک باشد. همچنین, ثابت کیهانی بهدستآمده از این مدل میتواند به حل اختلاف بین پیشبینیهای نظری و مشاهدات مربوط به انبساط کیهان کمک کند.”
آینده نظریه جدید گرانش
این نظریه هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد و نیازمند بررسیهای بیشتر است. اما از آنجایی که میتواند پیامدهای بنیادینی برای درک ما از کیهان داشته باشد, قطعاً ارزش تحقیق و بررسیهای بیشتر را دارد.
نتایج این پژوهش در تاریخ 3 مارس در مجله Physical Review D منتشر شده است.
منبع خبر: www.space.com
اخبار مرتبط با علم و فناوری:
