بیگ بنگ: مکانیک کوانتومی و نسبیت عام، کشفیات دو قلوی نوابغ قرن بیستم، توضیحات بسیار قابل توجهی در خصوص نحوه‌ی عملکرد و راهی که جهان براساس آن کار می‌کند ارائه دادند. اما در زوایای مختلف و پنهان دانش، ما یاد گرفتیم که این کشفیات فقط جنبه‌هایی از تصاویر بسیار بزرگ‌تر هستند.

به گزارش بیگ بنگ، دست یافتن به الگویی بر مبنای تئوری گرانش کوانتومی، که در واقع تلفیقی از مکانیک کوانتوم و نسبیت عام می‌باشد، نظریات عجیب و غریبی به همراه داشت که باعث ایجاد آشفتگی زیادی در دانسته‌ها و نظریات پیشین دانشمندان شد. یکی از نتایج بدست آمده از این الگو به این صورت بیان می‌شود که زمان، ممکن است محصول جانبی بیت‌های کوانتومی(کیوبیت) درهم تنیده‌ای باشد که در مرزهای زمانی جهان به یکدیگر رسیده‌اند.

مکانیک کوانتومی در برابر نسبیت عام

این دو نظریه که در قرن بیستم میلادی مطرح شدند در واقع انقلابی بنیادین در فهم ما از فیزیک رایج و جهان ایجاد کردند. مکانیک کوانتوم، قصد دارد رفتار کوچک‌ترین چیزها در جهان از قبیل ذرات زیراتمی را در مقیاس نانو، توضیح دهد. در این مقیاس “زمان” یک مفهوم جهانی و مطلق می‌باشد. از طرف دیگر، نسبیت عام اینشتین می‌گوید که زمان یک پارامتر نسبی و دینامیک است که در واقع نتیجه‌ی حاصل از برهمکنش فضا- زمان و مواد با یکدیگر می‌باشد. بر مبنای نظریه‌ی نسبیت، هندسه‌ی فضا-زمان می‌تواند توسط ِ اجرام بزرگ‌تر منحرف شود. در واقع این نظریه بیان می‌کند که اجسامی که درون صفحه‌ی فضا-زمان حرکت می‌کنند در صورتی ظاهر خواهند شد که توسط نیروی گرانشی اجرام بزرگ‌تر از خود تحت تاثیر قرار گیرند.

به صورت کلی در علم فیزیک امروز این دو نظریه به این صورت بیان می‌شوند: نسبیت عام می‌تواند خواص گرانشی اجسام بزرگ را در صورتیکه جرم کافی داشته باشند در حدی که خواص کوانتومی آنها قابل اغماض باشد، توصیف کند؛ و توسط مکانیک کوانتوم توضیح دقیق و شفافی در خصوص اتفاقاتی که در مقیاس‌های کوچک رخ می‌دهد ارائه می‌شود البته به شرطی که ذرات به اندازه‌ی کافی کوچک و ناچیز باشند که تاثیرات گرانشی آنها نزدیک به صفر باشد. حال سوال اصلی اینجاست: ما چگونه می‌توانیم مواردی را توصیف کنیم که بسیار سنگین و در عین حال بسیار کوچک می‌باشند؟ برای توصیف این پدیده‌ها چگونه می‌توان مفهوم مطلق زمان و نسبی بودن آن که توسط هرکدام از این نظریه‌ها بیان می‌شود را با یکدیگر وفق داد؟

وفق دادن تفاوت‌ها

این گپ در فهم ما از فیزیک و چگونگی رخداد ِ برخی از رویدادها، چیزی است که تئوری گرانش کوانتومی احتمالا می‌تواند آن را توضیح دهد. پیشرفت شگرفی که تحت عنوان مطالعات گرانش کوانتوم آغاز شده است می‌تواند دیدی درخصوص اینکه چگونه می‌توان نسبیت عام و مکانیک کوانتوم را مجددا حل کرد، به ما بدهد. مارک ون رامسدانک، فیزیکدان نظریه‌پرداز دانشگاه بریتیش کلمبیا در این خصوص می‌گوید: ما در حال حاضر این موضوع را متوجه شده‌ایم که فضا-زمان در واقع فقط یه توصیف هندسی از ساختار پیچیده‌ی سیستم اصولی گرانش کوانتومی می‌باشد.

آیا موضوع را کاملا متوجه شده‌اید؟ در اصل، ایده‌ی مطرح شده می‌گوید: جهانی که ما تجربه می‌کنیم با تمام مواد و فضا-زمان ِ نسبی درون آن، برخاسته از برآیند بیت‌های کوانتومی(کیوبیت ها) اطلاعاتی می‌باشد؛ دقیقا همانگونه که جهان یک بازی کامپیوتری برخاسته از بیت‌های دیجیتالی اطلاعات کامپیوتری می‌باشد. در واقع این ایده یه “مفهوم هولوگرافی” از جهان ارائه می‌دهد.

محققان مشخص کردند که چگونه منحنی هندسی فضا- زمان در جهان می‌تواند ساختار چشم ماهی، که تحت عنوان “فضای AdS (Anti-de Sitter) ” شناخته می‌شود، داشته باشد. در این ساختار با دور شدن از مرکز منحنی، افزایش فضا در زمان‌های کوتاه‌تری رخ می‌دهد تا جایی که ابعاد فضا در جایی دور از مرکز در یک مرز افزایش می‌یابند. این مرز که با نام “بالک” شناخته می‌شود نسبت به لحظه‌ی آغازش یک بُعد فضایی کمتر خواهد داشت. این منحنی در واقع ساختاری هولوگرافی از جهان با تمام مواد، انرژی و زمان متحرک درون آن، می‌باشد و این ساختار که همواره در حال حرکت است، در هر لحظه نسبت به فضایی که در آن قرار دارد خم شده و انحنا می‌گیرد و این موضوع دقیقا با آنچه در نظریه نسبیت بیان می‌شود مطابقت دارد.

در عین حال، کیوبیت های در هم تنیده، مطابق با یک الگوی از پیش تعریف شده و هم زمان با پیشرفت فضای AdS در مرزهای این فضا به یکدیگر برخورد می‌کنند.و در این حالت، طبیعت زمان همانگونه که در حالات کوانتومی ذکر می‌شود، کاملا غیرنسبی خواهد بود. این موارد را می‌توان مانند یک برنامه‌ی کامپیوتری در نظر گرفت؛ در یک برنامه‌ی کامپیوتری دستورات مطابق با الگوی تعریف شده اجرا می‌شوند اما در زمانی بر مبنای ساعت داخلی خود کامپیوتر (درواقع برنامه‌های کامپیوتری فقط در زمان‌هایی اجرا می‌شوند که شما آن‌ها را فعال می‌کنید!) در نهایت می‌توان جهان را اینگونه شبیه‌سازی کرد که زمان در آن می‌تواند در یک مرز مشخص کشیده شود اما هر وقت که نیاز بود به ظور نسبی عمل کند.

تاکنون خیلی خوب پیش رفته‌ایم!!

اما با قبول اینکه جهان ما در یک پیکربندی AdS شکل گرفته است، یعنی جاییکه فضا در فاصله‌ای بسیار دورتر از آنچه بتوان مشاهده کرد کشیده می‌شود، مشکلاتی در خصوص درک و بسط ِ یافتن زمان، پیش خواهد آمد. در این پیکربندی، مرزها در جایی ظاهر می‌شوند که زمان به پایان می‌رسد و در عین حال کیوبیت های قرار گرفته بر روی این مرزها منجر به ایجاد یک هولوگرام داخلی با یک زمان دینامیک می‌شوند.

همانگونه که برایان سوئینگل از دانشگاه هاروارد گفته است، به نظر می‌رسد تمام این تحقیقات یک موضوع را روشن می‌کنند، این موضوع که: در هر صورت، شما می‌توانید زمان را با استفاده از درهم تنیدگی آن با بینهایت درجه آزادی، بسط دهید. در نهایت تیم تحقیقاتی در خصوص این مطالعات که تاکنون کشف کرده‌اند که چگونه این نظریات می‌توانند محتمل باشند، این محققان امیدوار هستند تا در نهایت به جواب روشنی رهنمون شوند که به آنها بگوید چرا نمی‌توان سر از کار فیزیک ِ جهانی که در آن زندگی می‌کنیم، درآورد.

ترجمه: ندا حائری/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: futurism.com

دیدگاهتان را بنویسید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

5 دیدگاه

  1. در طبیعت و کیهان دو نوع مختصات موجود است که از باستان تاکنون فقط یکی از مختصات ها در نظر گرفته شده است و تمامی محاسبات ریاضی فیزیک در رابطه با تعیین موقعیت اجرام و ذرات در چهار چوب یکی از این سیستم ها صورت میگیرد بدون در نظر گرفتن همزادش که عینی و واقعی بوده اما پنهان و غیبی. این عمل گر غیر قابل رویئت
    ( حد اقل از دید محاسباتی غیبی ) چیزی نیست غیر از مختصات بیزمانی و بیمکانی. هرگاه این دو مختصات دوقلو و همزاد روی هم قرار گیرند خود به خود به نوسان در می آیند و فرکانس این چهار قطبی نوسانگر برابر است عکس زمان پلانک یعنی ۱۰ بتوان ۴۳ بار در ثانیه. این چهار قطبی نوسانگر همان گراویتون های مورد آرزوی کشف دانشمندان ریاضی فیزیک است و آنها جهت یافت این ذرات نور ماورایی در پی یافتن و متغییر ها و ابعاد پنهانی میگردند در صورتیکه با اندک نگاهی خیالی میتوان آنها را در صحنه و سناریوی قبل از وقوع مه بانگ مشاهده نمود. حجم این گراویتون های چهار قطبی نوسان ‌گر برابر با طول پلانک میباشد. فاصله بسیار کوتاه یعنی از زمان صفر تا زمان پلانک که آنرا در علم کیهان شناسی عصر ظلمانی علم فیزیک در بخش نجوم و کیهان شناسی می نامند به سال انسانی میلیاردها میلیارد سال طول کشیده است و این گراویتون ها توانسته اند در یک چهارچوب مطلق ( گنبد ثابت نیوتون روی گنبد متحرک انشتاین ) در مرکز آن تعداد زیادی ( حدود ۴ یا ۵ درصد ) از خود را تحت فشار و دمای شدید به پلاسمای نور مادی تبدیل نمایند و آنرا در حجمی به اندازه حجم پلانک متراکم نمایند. این نقطه را تکینگی یا تجرد فیزیکی مینامند. بقیه آن گراویتون ها که به انرژی و جرم تبدیل نشده اند و حدود ۹۴ چهار در صد را تشکیل میدهند به احتمال بسیار قوی ( نزدیک به یقین ) همان چیزی اند که انرژی و ماده تاریک نامیده می شوند. غیر جهان خودمان تعداد بیشماری جهان دیگر وجود دارند که باز هم به احتمال بسیار قوی دارای فرم و محتوای مطلقا یکسان با جهان خودمان میباشند و پدیده مه بانگ بطور مطلقا همزمان و هم سان در مراکز آنها به وقوع پیوسته است و آنهم طبق یک طرح مطلق از پیش تعیین شده. زمان نسبی انشتاین برابر است با انتگرال های نسبی زمان های پلانک. کل کیهان در زمان بسیار کوتاه پلانک محبوس میباشد و این حبس توسط همزاد زمان یا بیزمانی در سر جای خود به سمت آینده در حرکت است. این حقیقت را اصل حال می نامند. یک ذره از کیهان در هر جایی که باشد نمیتواند از این حبس زمانی بسیار کوتاه بیرون باشد چه به سمت گذشته و چه به سمت آینده. برای یک ذره کوانتایی مطلقا غیر ممکن است که زود تر از ذرات دیگر پا به عرصه آینده بگذارند و یا راه خود را به سمت گذشته تغییر دهند. تغییر راه ذرات کوانتایی به سمت گذشته و آینده فقط در چهار چوب حجم و زمان پلانک میسر است. بیشتر از آن نمیتوانند در رفتار فیزیکی خود مرتکب خطا شوند. توصیف موقعیت یک چیز خیلی سنگین در حجمی بسیار ریز بطور کوانتایی گویا در بالا اختصار بیان شد. در صورت علاقه خواننده گرامی میتوان در کنار این سایت به سایت دیکشنری آنلاین آبادیس مراجعه نماید. جستجو از طریق گوگل تحت : گرانش کوانتایی ، هفت عالم ، ازل یعنی چه ؟ ابد یعنی چه ؟ زندگی های بعد از مرگ ، قوه خیال و روح و روان و سایت دیگر پارسی زبان به نام دیپ لوک و گرانش کوانتومی. هر دو سایت در بخش کامنت ها.

  2. تئوری در حال شکل گیری جاذبه کوانتومی به نظر من از طریق بر رسی ماهیت بار الکتریکی میسر خواهد شد. الکترون و پروتون و نوترون ( حتی کوارک ها ) زمان مکان اطراف خود را به سه طریق به چاله تبدیل می کنند. زمانمکان اطراف نوترون تخت خواهد بود چون از لحاظ بار الکتریکی خنثی می باشد. در اطراف الکترون و پروتون انحنا زمان مکان معکوس همدیگر خواهند بود. از طریق معادلات جاذبه انشتین میتوان چاله های اطراف جرم این دو ذره محاسبه نمود و سپس آنرا با بار الکتریکی مثبت و منفی مقایسه نمود . پس از تعیین متریک چاله ها میتوان از فرمول کولمب استفاده کرد و نیروی جذب و دفع بین آنها را محاسبه نمود و مقدار حاصله را با نیروی جذب و دفع بار های الکتریکی مثبت و منفی کولمب مقایسه نمود و رابطه آنها را با هم سنجید. برای اقدام جاذبه عام و میدان های الکترو مغناطیس راه سهل دیگری را من در پیش پای پژوهش گران نمی بینم .

  3. با تورو خدا یکی کمکم کنه!!!
    من یه دختر بچه ی ۱۳ سالم، که با تمام وجودم به علم ستاره شناسی، کیهان شناسی و فیزیک علاقه دارم! تا این جا نسبیت و چیز های دیگه رو می دونم. اما از کوانتوم سر در نمیارم!!!! اصلا حالیم نمیشه…

    تروخدا یکی بیاد توضیح بده…

    راستی سایتتون محشره… اما من بهش ۴ ستاره میدم. اگه کوانتوم رو به زبون ساده توضیح بدید می کنم ۵ ستاره!

    1. برخی چیزها به مرور زمان به دست می آیند، اگر علاقه ای که داری ماندگار باشه خودت بهشون میرسی و نیازی به عجله نیست. در ضمن درک فیزیک کوانتوم نه تنها برای من و شما بلکه برای اساتید فیزیک هم کار ساده ای نیست!

    2. اگر به اینجور مسائل علاقه دارید فوق العاده خوب است واینکه کوانتوم را کسی به طور کلا نمیتواند در ک کند طوری که نیلز بور گفت اگر کسی میگوید کوانتوم را فهمیده در اصل چیزی نفهمیده اما بنده به دلیل علاقه ی شما متنی را برای شما میفرستم تا با بعضی از سر تیتر های کوانتوم آشنا شوید و برای اطلاعات بیشتر از سرچ های اینترنت یا کتاب های این زمینه استفاده کنید.

      با سلام و عرض ادب و احترام خدمت شما بنده نیز مانند شما یک نوجوانم که به این جور مسایل به شدت علاقه مندم. خب نسبت به سوال شما بگذارید یکم از رویداد های اولیه ی کوانتوم برای شما توضیح دهم. بعد از ارائه ی نظریه ی نسبیت عام و خاص توسط آلبرت انیشتین و به چالش کشیدن تفکرات نیوتن سوالی دیگری مطرح شد و آن سوال چیزی نبود به جز تششع اینکه چه رابطه ای بین انرژی دادن به یک جسم و نوع تششع آن وجود دارد و اینکه تششع جسم سیاه چیست؟ خب ببینید برای مثال اگر شما یک آهن را داغ کنید اول قرمز میشود و بعد نارنجیو اگر همینگونه به گرم کزدن ادامه دهید میبینید که نور ساطع از آن به سفید مایل میشود . این سوال که چرذا این اتفاق می افتد سوالی بود که پدر نظریه ی کوانتوم یعنی ماکس پلانک را وادار به تحقیق در این زمینه کرد و به این نتیجه رسید که نور انرژی است انرژی ای که در بسته های کوچکی به نام کوانتا که بعدها آن ها را انیشتین فوتون نامید جابجا میشوند که با گرم کردن یک جسم مقدار انرژی این بسته ها تغییر میکند . این استارتی بود برای کوانتوم . یک مثال برای درک بهتر انرژی بودن نور باید به شما آزمایشی را معرفی کنم شما یک الکتروسکوپ بردارید و بعد با استفاده از تخلیه ی الکتریکی دو ورق موجود در الکتروسکوپ را از هم دور کنید (الکتروسکوپ وسیله ای است که با سرچ بیشتر میتوانی با آن آشنا شوید) بعد به سر الکتروسکوپ نوری قرمز بتابانید میبینید که در آن دو ورق اتفاقی رخ نداد یعنی هیچ تغییری در تعداد الکترون های موجود در ورق های طلا صورت نگرفته است ولی اگر یک نور بنفش یا آبی را بر روی آن بتابانید میبینید که یکی از ورق ها یونیزه میشود (الکترون از دست میدهد ) واین امر دو ورق طلا را به هم نزدیک می کند یعنی نور بنفش توانایی جدا کردن یک الکترون را داشته است این امر همانچیزی است که برای آن آلبرت انیشتین نوبل گرفت و اصل فتو الکتریک را بنیان نهاد. بعد از گذشت چند روز نیلز بور یکی از بزرگترین پدران فیزیک کوانتوم جهش کوانتومی را بنیان نهاد طبق این تعریف اگر شما به یک اتم انرژی بدهید بنا بر این حالت الکترون به یک لایه بالا تر پرش میکند بدون اینکه در بین دو لایه باشد این امر همان امری است که بعد ها اروین شرودینگر با استفاده از معادلات خود آنتروپی موجود در این امر را محاسبه کرد و به مدل ابر الکترونی رسید. البته باید به موارد شبه وار در کوانتوم نیز اشاره کرد برای مثال یکی از موارد مهم در کوانتوم یجاد دو اسپین الکترون هم زمان می باشد (اشپین را خیلی ها به اشتباه چرخش معنا میکنند ولی اسپین یکی از خاصیت های الگترون است که به اسپین بالا و اسپین پایین تقسیم بندی میشود ) در ابعاد کوانتوم یک الکترون تا قبل از دیده شدن میتواند دو حالت اسپین بالا و پایین را در یک لحظه دارا باشد برای درک بهتر این دوگانه ها به آزمایش دوشکاف اشره میکنم . روزی دانشمندان برای مطالعه ی حرکت یک فوتون یک صفحه با دوشکاف را را به رو ی یک دستگاه فوتون انداز میگذارند و پشت آن تلق یک پرده میگذارند بعد از شلیک فوتون ها فوتون ها از خود ماهیت ذره ای نشان دادند یعین طرحی که در پرده ی پشت تلق به وجود آمده بود حالت ذزه ای داست در صورتی که در زمانی که فوتون ها را مشاهره نمیکردند آن ها از خود ماهیت موج گونه نشان میدادند این دوگانه گی یکی از امور مخالفت بین نسبیت و کوانتوم است چون دو حالت متفاوت در یک زمان ایده ی در هم تنیده بودن فضا-زمان را دچار مشکل میکرد و یا طبق این ایده اگر شما به یک الکترون نگاه نکنبد او از حالت ذره گونه خارج می شود و حالت موج گونه را میگیرد و از آنجایی که موج ماهیت ذره ی ندارد به عبارتی اگر شما چند روزی به یک اتم نگاه نکنید اتم غیب میشود!!!!!!!!
      این امر باعث شد تا ورنر هایزنبرگ اصل عدم قطعیت را اعلام کند تا بعدها ایده ی در هم تنیدگی کوانتومی به ذهن بور خطور کند