English

Contact us

نظر دهید

تماس با ما

فارسی

Welcome to CPH Theory Siteبه سایت نظریه سی پی اچ خوش آمدید

 

 

نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.

اخبار

آرشیو مقالات

 

سی پی اچ در ژورنالها

   

 

جهان سه‌بعدي است يا دو بعد بيشتر ندارد؟

 

 

 


1- 
دانشمندان در پي پاسخ به اينكه جهان سه‌بعدي است يا دو بعد بيشتر ندارد

فيزيكدانان در تازه‌ترين تلاشها براي كشف راز نيروي اسرارآميز جاذبه به اين فرضيه توجه كرده‌اند كه احتمالا اين نيرو و نيز يكي از ابعاد فضا به واسطه نوعي تعامل خاص ميان ذرات بنيادي و ميدان‌هاي موجود در يكي از قلمروهاي زيرين - بنياد كيهان بوجود آمده‌اند.

در گسترش اين نظريه رويكرد هولوگرافيك به كيهان به منزله يك نظريه راهنما در خدمت دانشمندان قرار گرفته است.

در اطراف ما سه بعد از ابعاد فضا قابل ادراك است. اين سه بعد شامل بالا و پايين، جلو و عقب، و چپ و راست است.اين سه بعد مكاني به علاوه يك بعد زماني، كيهان چهار بعدي را كه ما در آن ساكن هستيم بوجود مي‌آورند.

اما برخي از تازه‌ترين نظريه‌هاي فيزيكي اين ادعاي تازه را مطرح ساخته‌اند كه يكي از سه بعد مكاني كه ما با آن آشنا هستيم واقعيت ندارد و نوعي وهم و تصور ذهن ماست و آنچه واقعيت دارد آن است كه ذرات بنيادي و ميدانهاي موجود در كيهان عملا در يك فضاي دو بعدي با هم در تعامل هستند.

بر مبناي اين نظريه‌هاي جديد، نيروي جاذبه نيز واقعيت ندارد بلكه امري موهومي است كه به همراه بعد سوم مكان كه در تصور ما ظاهر مي‌شود، اين نيرو نيز پديدار مي‌گردد.

اگر بخواهيم ديدگاه اين نظريه‌هاي جديد را دقيق تر بيان كنيم بايد بگوئيم بر مبناي راي اين نظريه‌ها شمار ابعاد مكان مي‌تواند تابع نظر و ديدگاه ناظران باشد.

به عبارت ديگر فيزيكدانان مي‌توانند واقعيت را به گونه مجموعه‌اي در نظر بگيرند كه از شماري از قوانين (از جمله قانون جاذبه) در يك كيهان سه بعدي تبعيت مي‌كنند و يا آنكه بر مبناي شماري ديگر از قوانين در كيهاني دو بعدي (كه در آن نيروي جاذبه وجود ندارد) عمل مي‌كنند. عليرغم آنكه توصيفاتي كه اين دو ديدگاه درباره واقعيت ارائه مي‌دهند ظاهرا زمين تا آسمان با يكديگر فرق دارند اما هر دو نظريه مي‌توانند هر آنچه را كه ما رويت مي‌كنيم و هر شمار از داده‌هايي را كه بتوانيم درباره كيهان جمع آوري كنيم بخوبي توضيح مي‌دهند.

آنچه كه حائز اهميت است آن است كه به زعم اين نظريه‌هاي جديد، انسانها هيچ راهي ندارند كه تشخيص دهند كدام يك از اين دو ديدگاه دو بعدي يا سه بعدي، واقعي است و كداميك صرفا ساخته و پرداخته ذهن آدمي است.

هرچند اين نظريه‌هاي جديد با انچه كه افراد به صورت متعارف و بر حسب فهم و درك عرفي خود از جهان مي‌شناسند فاصله زيادي دارند اما در زندگي روزمره مي‌توان به نمونه‌ها و مثالهايي برخورد كرد كه با انچه كه اين نظريه‌ها توصيف مي‌كنند شباهت زيادي دارند و به اين ترتيب مي‌توانند ذهن آدمي را براي فهم رويكردهاي تازه آماده سازند.

يكي از اين قبيل نمونه‌ها هولوگرام يا تمام نگار است. هولوگرام يك شي دوبعدي است. اما اگر تحت شرايط مناسب از حيث نور پردازي به آن نگاه شود، تصويري سه بعدي با همه جزييات پيش روي بيننده قرار مي‌دهد.

به عبارت ديگر همه اطلاعاتي كه در يك جهان سه بعدي يافت مي‌شود در درون تصوير واقعا دو بعدي هولوگرام مندرج است. فيزيكداناني كه نظريه‌هاي جديد را پيشنهاد كرده‌اند با تكيه به همين تمثيل مي‌گويند كل كيهان را مي‌توان يك هولوگرام دو بعدي در نظر گرفت كه چون ما از زاويه خاص و تحت شرايط خاصي به آن نظر مي‌كنيم در نظر ما به صورت سه بعدي جلوه گر مي‌شود.

توصيف هولوگرافيك از كيهان چيزي به مراتب فراتر از نوعي كنجكاوي فكري يا فلسفي است. به عنوان مثال مسائلي كه محاسبات انها در يك قلمرو كار بسيار دشوار به شمار مي‌آيد احيانا با انتقال به قلمروهاي ديگر بسادگي قابل حل مي‌شود. به اين ترتيب مي‌توان بسياري از مسائل لاينحل فيزيك را با منتقل ساختن به كيهان دو بعدي به مسائلي قابل حل تبديل كرد.

به عنوان مثال به نظر مي‌رسد اين نظري جديد در تحليل نتايجي كه بتازگي در حوزه فيزيك ذرات پر انرژي بدست امده بسيار مفيد باشد.

از اين گذشته رويكرد هولوگرافيك به كيهان به فيزيكدانان امكان مي‌دهد نظريه بسيار بنيادين كوانتوم گرانشي را كه هدف آن تلفيق دو نظريه كوانتومي و نسبيت است و در صدد است تا همه چهار نيروي بنيادين اصلي در كيهان را در ذيل چتر واحدي يگانه و متحد سازد، به صورتي نو و قابل استفاده در اختيار دانشمندان قرار دهد.

نظريه كوانتوم گرانشي كه گاهي اوقات از آن با عنوان "نظريه‌اي براي توضيح همه امور‪ a theory for everything ‬نيز استفاده مي‌شود مهمترين ابزار نظري دانشمندان براي بررسي اوضاع و احوالي است كه در درون سياهچاله‌ها برقرار است و يا شناخت شرايطي است كه تنها چند نانو ثانيه بعد از مه بانگ اوليه و پيدايش كيهان بوجود آمده است.

به اعتقاد فيزيكداناني كه رهيافت تازه را پيشنهاد كرده اند، رويكرد هولوگرافيك مي‌تواند به نحو بالقوه راه حل بسياري از رازها و اسراري را كه كشف انها تاكنون براي دانشمندان غيرممكن بوده فراهم آورد.

آشتي دادن ميان دو نظريه موفق كوانتوم و نسبيت كار بسيار دشواري است.

نظريه كوانتوم كه اكنون حدود هشتاد سال از عمر آن مي‌گذرد در ابتدا براي توصيف رفتار ذرات بنيادين و نيروهايي كه در تراز زير - اتمي فعاليت دارند ارائه شد.

در اين مقياسها، آثار كوانتومي، ظهور و بروز قابل توجه دارند و فهم نحوه عمل آنها، تنها با بهره‌گيري از نظريه كوانتوم امكان پذير است.

در قلمرو كوانتومي و جهان زير-اتمي، هستارها و اشيا در ارتباط با فاعلان شناسايي به گونه‌اي شگفت انگيز و متفاوت با آنچه كه در جهان كلان و در سطح اجسام با ابعاد معمولي مشاهده مي‌شود، رفتار مي‌كنند.

به عنوان نمونه در تراز زير-اتمي نمي‌توان سرعت و موقعيت ذرات بنيادي را به نحو دقيق و به صورت همزمان تعيين كرد. اصل عدم قطعيت هايزنبرگ اين نكته را بيان مي‌كند كه ذرات بنيادين داراي مشخصه‌هاي فيزيكي خاصي هستند كه دو به دو با هم خود را به ناظران عرضه مي‌كنند و اگر ناظران بخواهند كميت يكي از اين مشخصه‌ها را با دقت زياد اندازه‌گيري كنند، اطلاعاتشان در مورد كميت مشخصه دوم كه همراه مشخصه اول است، بسيار محدود و غير دقيق خواهد شد .

اين قبيل مشخصه‌ها را مي‌توان به صورت احتمالاتي، و با درجات مختلفي از تقريب محاسبه كرد

 

2 - دانشمندان در پي پاسخ به اينكه جهان سه‌بعدي است يا دو بعد بيشتر ندارد

 

نكته ديگري كه نظريه كوانتومي درباره عجايب و غرايب جهان زير-اتمي توضيح مي‌دهد آنست كه در جهان كوانتومي همه چيزها در حال سيالان مداوم قرار دارند و حتي فضا لايتناهي كه بخش اعظم ان تهي و خالي از ماده و انرژي است نيز از چنين حالتي برخوردار است. فضا سرشار از ذرات مجازي است كه به صورت بالقوه كل كيهان را پر كرده‌اند و هر از چندگاه به صورت الله بختكي و رندوم از جهان عدم پا به اقليم وجود مي‌گذارند و دوباره با سرعت رهسپار ديار عدم مي‌شوند. به اين ترتيب در اين اوقيانوس پر از "هيچ" دائما غوغايي برپاست و "هيچ"ها براي ورود به صحنه وجود بيقراري مي‌كنند.

در برابر اين ديدگاه شگرف كه به وسيله نظريه كوانتومي از جهان زير-اتمي ترسيم مي‌شود، نظريه نسبيت كه به وسيله اينشتاين و در اوايل قرن بيستم پيشنهاد شد، تصويري كاملا متفاوت از جهان كبير ارائه مي‌دهد.

نظريه نسبيت نظريه‌اي كلاسيك يا غير كوانتومي است و مدعاي اصلي آن اينست كه تجمع ماده و انرژي در نقاط مختلف كيهان موجب مي‌شود آنچه كه فيزيكدانان به آن "پيوستار زمان-مكان" لقب داده‌اند و در واقع تار و پود كيهان را تشكيل مي‌دهد، دچار خمش و انحنا شود و همين خمش و انحنا نظير گوديي كه در اثر قرار دادن يك جسم سنگين بر روي يك صفحه يا ورقه لاستيكي بوجود مي‌ايد موجب مي‌شود اجرامي كه در اطراف اين جسم سنگين قرار دارند در مسيرهاي خاصي به حركت در آيند. به اين ترتيب بر مبناي نظريه نسبيت كه نظريه‌اي بسيار موفق است و بسياري از پيش بيني‌هاي آن با دقت فراوان مورد تاييد قرار گرفتهف نيروي جاذبه چيزي نيست جز خمش و انحناي تار و پود كيهان.

در يك نظريه كلاسيك مانند نظريه نسبيت عام هر جسم يا هستار داراي موقعيت و سرعت معين است كه مي‌توان آنها را با دقت اندازه‌گيري كرد. به عنوان مثال اخترشناسان مي‌توانند در هر لحظه موقعيت و سرعت سيارات را در منظومه شمسي با دقت مشخص سازند. از اين گذشته بر مبناي اين نظريه در هر جاي كيهان كه ماده و انرژي متراكم موجود نباشد، تار و پود كيهان دچار خمش نيست و در آن بخشها كيهان به صورت مسطح شكل گرفته است.

با اين تفاصيل مشكلي كه بر سر راه دانشمندان در آشتي دادن ميان دو نظريه كوانتومي و نسبيت وجود دارد صرفا آن نيست كه در يكي از دو نظريه اجسام داراي سرعتها و موقعيتهاي دقيقا قابل محاسبه نيستند و در ديگر مي توان اين سرعتها و موقعيتها را با دقت محاسبه كرد، بلكه آنچه كار را بيش از پيش دشوار مي‌سازد آنست كه بر مبناي نظريه كوانتومي همچنان كه اشاره شد، حتي در كوچكترين ابعاد كيهان كه فيزيكدانان از آن با عنوان ثابت پلانك نام مي‌برند و آن را معادل طول بغايت كوچك ‪ ۳۳-۱۰‬سانتيمتر(يعني عدد ‪ 1‬تقسيم بر عدد ‪ ۱۰‬با ‪ ۳۲0صفر در جلوي آن!) در نظر مي‌گيرند نيز بافتار كيهان يعني تار و پود آن از كف غلغل‌كننده اي از جنس ذرات مجازي ساخته شده كه دائما پا به عرصه مي‌گذارند و لمحه‌اي بعد (در يك چشم بر هم زدن) ناپديد مي‌شوند. حال اگر قرار باشد ماده و فضا اين چنين خصلت متلون و دمدمي مزاجي داشته باشند، معادلات فيزيك نسبيت چگونه مي‌تواند موقعيت و سرعت آنها را محاسبه كند. پاسخ آنست كه معادلات فيزيك نسبيت در شكل كنوني آنها، قادر به انجام اين وظيفه نيستند. حال اگر فرض كنيم كه ذرات بنيادي از قوانين فيزيك كوانتوم تبعيت مي‌كنند و نيروي جاذبه كه اثرش در تراز اجرام و هستارهاي چگال ظاهر مي‌شود، از فيزيك نسبيت پيروي مي‌كند، آنگاه با تعارضي غير قابل جمع و آشتي روبرو خواهيم شد. فيزيكدانان براي رفع اين تناقض سالهاست در تلاشند تا فيزيك جديدي را تكميل كنند كه دو مولفه كوانتومي و گرانشي (جاذبه) را در كنار هم به صورتي صلح آميز و دوستانه جاي مي‌دهد. نظريه كوانتوم گرانشي قرار است چنين نقشي را ايفا كند.

در بسياري از موارد عملي و در تحقيقات فيزيكي روزمره، تعرضي كه به صورت ذاتي ميان فيزيك كوانتومي و فيزيك نسبي برقرار است مانعي جدي براي دانشمندان بوجود نمي‌آورد زيرا يا اثرات كوانتومي ناچيز به شمار مي ايند و يا اثرات جاذبه‌اي و بنابراين مي‌توان به صورت تقريبي تاثيرات يكي يا ديگري را در محاسبات منظور داشت. اما زماني كه انحنا بافتار زمان- مكان بسيار بزرگ باشد در آن صورت تاثير نيروي جاذبه بسيار محسوس مي‌گردد.

براي ايجاد چنين انحناي بزرگي مي‌بايد مقدار عظيمي ماده در يك نقطه از فضا متمركز شده باشد. در چنين حالتي تنها مي‌توان با بهره‌گيري از يك نظريه كوانتوم گرانشي تغييراتي را كه در كيهان پديد مي‌آيد محاسبه كرد.

اما براي آنكه خواننده متوجه شود كه به وجود اين نظريه در كدام مقياس نياز است بايد يادآور شد كه حتي جرم عظيم خورشيد منظومه شمسي نيز نمي تواند انحنايي را كه به آن اشاره شد در بافتار كيهان بوجود آورد. براي ايجاد چنان انحنايي كه استفاده از كوانتوم گرانشي را ضروري سازد به تجمع مقادير به مراتب عظيمتري از جرم نياز است كه خورشيد منظومه شمسي در قبال آن به ذره‌اي كوچك شبيه خواهد بود.

به عنوان مثال تاثيرات كوانتوم گرانشي در هنگام بروز مه بانگ اوليه كه موجب پيدايش كيهان شد كاملا محسوس بوده اند. در آن هنگام كل جرم و انرژي كيهان در يك نقطه تكينگي مجتمع بود. براي فهم انچه كه در هنگام وقوع انفجار بزرگ اوليه كه به پيدايش كيهان منجر شد، بهره‌گيري از نظريه كوانتوم گرانشي گريز ناپذير است. بررسي انچه كه در درون سياهچاله‌ها مي گذرد نيز نيازمند كاربرد اين نظريه است. سياهچاله‌ها محصول تجمع مقادير عظيم ماده در بخش كوچكي از فضا هستند. حضور اين ماده عظيم در يك محدوده بغايت كوچك موجب پديد آمدن انحناي بزرگي در فضا مي‌شود. از آنجا كه نيروي جاذبه موجب انحناي بافتار كيهان مي‌شود، نظريه كوانتوم گرانشي همچنين مي تواند آنچه را كه فيزيكدانان "كف يا حباب زمان-مكان ‪ "space-time foam ‬مي نامند توضيح دهد و در اين رهگذر احيانا مي‌تواند چشم اندازي كاملا بديع و تازه در خصوص انچه كه واقعيت در زيرين‌ترين ترازهاي آن به شمار مي‌آيد ، پيش روي محققان قرار دهد.

يكي از نويد بخش‌ترين رويكردها براي تكميل روايتي از نظريه كوانتوم گرانشي رويكرد موسوم به نظريه ريسمانهاست كه صورتهاي مختلف آن از دهه ‪ ۱۹۷۰‬به اينسو مطرح شده است. نظريه ريسمانها مي‌تواند بر برخي از موانع منطقي كه در راه آشتي دادن دو نظريه نسبيت و كوانتوم برقرار است غلبه كند. اما اين نظريه هنوز در دست تكميل است و جهات مختلف آن به واسطه دشواري ساختار رياضي لازم براي تكميل آن، هنوز بدرستي فهم نشده است. به بيان دقيق تر در حال حاضر فيزيكدانان براي توضيح رفتار ريسمانها، كه فرض مي شود بنيادي‌ترين سنگ زير بناي عالم هستند، ناگزيرند از روابط تقريبي استفاده كنند و هنوز نتوانسته‌اند به معادلات دقيق رياضي در اين زمينه دست پيدا كنند. از اين گذشته فيزيكدانان هنوز نتوانسته‌اند به سرنخهايي در اين خصوص دست يابند كه معادلات مورد نظر را چگونه بايد سامان دهند.

مشكل در اينجاست كه شماري نامتناهي از كميات وجود دارند كه براي فيزيكدانان روشن نيست چگونه مي‌توانند مقادير آنها را از روي معادلات موجود مشخص سازند.

در سالهاي اخير روايتهاي مختلفي كه از نظريه ريسمانها ارائه شده، در دستيابي به بسياري از نتايج درخور توجه و حيرت انگيز توفيق داشته اند و از رهگذر اين موفقيتها راههاي بديع و جديدي براي فهم ساختار كوانتومي زمان-مكان بدست امده است. يكي از جالب توجه‌ترين پيشرفتهايي كه از رهگذر پژوهشها در حوزه نظريه ريسمانها بدست امده و در اين مقاله به آن پرداخته مي شود، منجر به ان شده فيزيكدانان براي نخستين بار بتوانند به توصيفي كامل و بدون تناقض منطقي، بر مبناي آموزه‌هاي كوانتوم گرانشي، از زمان- مكاني دست يابند كه داراي انحناي منفي است. نكته جالب توجه در ميان آنكه به نظر مي‌رسد براي اين قبيل زمان-مكانهاي با انحناي منفي، نظريه‌هاي هولوگرافيك كه در ابتداي مقاله به آنها اشاره شد، صادق هستند.

زمان-مكانهاي با انحناي منفي در برابر زمان-مكانهاي با انحناي صفر و زمان-مكانهاي با انحناي مثبت قرار دارند. همه ما كم و بيش از دوران دبستان و خواندن هندسه اقليدسي با مكان داراي انحناي صفر آشنا هستيم.

زمان-مكان داراي انحناي صفر در قالب صفحات مسطح نشان داده مي‌شود.

نمونه‌اي از مكان داراي انحناي مثبت محيط يك كره است كه انحناي آن در همه نقاط يكسان است. در حاليكه انحناي سطح يك تخم مرغ، كه آنهم نمونه ديگري از مكان داراي انحناي مثبت به شمار مي‌ايد، در نزديك دو انتهاي تخم مرغ بيشتر است. نمونه از مكان داراي انحناي منفي در قالب منحنيهاي موسوم به شلجمي يا هذلولي نشان داده مي‌شود.

يك مثال اين نوع انحنا را مي‌توان در نقشه‌هاي جغرافيا مشاهده كرد كه مي كوشند نقشه كشورهاي كره زمين را بر روي يك سطح دو بعدي نمايش دهند.

در اين قبيل نقشه‌ها كشورهايي كه نزديك به قطب‌ها قرار دارند كشيده تر نشان داده مي‌شوند.

يك نقاش مشهور اروپايي كه اثارش به فارسي نيز ترجمه شده، به نام ئي.

سي اشر ‪  E.C Escher ‬نمونه‌هاي درخشاني از اين قبيل فضاها با انحناي منفي را در نقاشي‌هاي خود ترسيم كرده است.

فيزيكدانان با افزودن بعد زمان به اين قبيل مكانهاي با انحناهاي مثبت و منفي، زمان-مكانهاي داراي انحناي مثبت و منفي بوجود مي‌آورند. يك مثال مشهور از زمان-مكان با انحناي مثبت فضاي "دو سيتر ‪ "de Sitter ‬ناميده مي شود كه به افتخار دو سيتر فيزيكدان هلندي نامگذاري شده كه پيشنهاد دهنده اين مفهوم بوده است.

بسياري از كيهان شناسان بر اين باورند كه كيهان در نخستين مراحل خود شبيه زمان - مكان دو سيتر بوده است و در پايان كار خود نيز به واسطه شتاب بيش از حدي كه اجزاي آن پيدا مي‌كنند بار ديگر شكل فضاي دو سيتر را بخود خواهد گرفت.

ساده‌ترين زمان-مكان با انحناي منفي زمان مكان ضد دو سيتر -‪ anti de-Sitter space-time‬ نام دارد. اين زمان مكان شبيه يك مكان هذلولي است با اين تفاوت كه داراي يك بعد زمان نيز هست.

زمان-مكان ضد دو سيتر بر خلاف كيهان ما كه در حال انبساط است، هيچگاه نه انبساط پيدا مي‌كند و نه انقباض. اين نوع كيهان در همه زمانها يكسان به نظر مي‌رسد. هرچند اين نوع كيهان با كيهان ما تفاوت زياد دارد، اما فيزيكدانان دريافته‌اند كه اين نوع كيهان ضد دو سيتر براي صورت بندي نظريه‌هاي كوانتوم گرانشي بسيار مفيد به شمار مي‌ايند

 

3- دانشمندان در پي پاسخ به اينكه جهان سه‌بعدي است يا دو بعد بيشتر ندارد

اگر فضاي ضد دوسيتر را به صورت ديسكي بيضي شكل در نظر بگيريم (نظير نقشه‌هاي جغرافيايي از كشورهاي جهان) در آن صورت زمان - مكان دو سيتر نظير مجموعه‌اي از اين ديسكها خواهد بود كه يكي بر روي ديگري جاي داده شده و يك استوانه را بوجود آورده است.

هر يك از اين لايه‌ها يكي از حالات كيهان را در طول زمان مشخص مي‌سازد.

قوانين فيزيك در كيهان ضد دو سيتر مشخص‌هاي عجيبي خواهند داشت. به عنوان مثال اگر در هر نقطه از كيهان با انحناي منفي از نوع ضد دو سيتر به حالت شناور در فضا به سير بپردازيد احساس مي‌كنيد در ته چاهي قرار گرفته‌ايد كه نيروي جاذبه زيادي در آن بر شما اعمال مي‌شود. هر جسمي را كه در اين كيهان پرتاب كنيد، نظير بومرنگ به سمت خود شما باز خواهد گشت.

جالب اينكه زمان بازگشت اين شي به سمت شما كاملا مستقل از انست كه شما آن را با چه شدتي پرتاب كنيد.

تنها فرقي كه پيدا مي‌شود آن است كه هر چه آن را با شدت بيشتري پرتاب كنيد، از شما دورتر خواهد شد اما در عوض با سرعت بيشتري به سمت شما باز مي گردد.

اگر در اين كيهان، فوتونهاي نور را كه حداكثر سرعت اجسام مادي را واجدند پرتاب كنيد اين فوتونها عملا فاصله‌اي معادل بي‌نهايت را كه كل وسعت اين كيهان خواهد بود در زماني متناهي طي مي‌كنند و به سمت شما باز مي گردند.

علت اين امر آن است كه در اين نوع كيهان، اجسامي كه با سرعت حركت مي كنند بر طبق قوانين نسبيت دچار انقباض زماني مي‌شوند و ميزان اين انقباض زماني هرچه كه شي دورتر شود بيشتر مي‌شود.

مكان ضد دو سيتر هرچند بينهايت است اما داراي مرز يا لبه‌اي است كه در بي نهايت واقع شده است.

فيزيكدانان و رياضي دانان براي ترسيم اين مرز از همان مقياس تحريف شده مكان استفاده مي‌كنند كه در نقاشي‌هاي اشر نيز براي ترسيم اجسام مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

در اين حالت مرز مكاني همان محيط دايره يا بيضي يي است كه قاعده استوانه را بوجود مي‌آورد و مرز زماني خطي است كه به صورت مارپيچ روي بدنه استوانه ترسيم مي‌شود. اين نوع استوانه يك كيهان ضد دو سيتر را كه داراي سه بعد است نمايش مي‌دهد.

در اين كيهان مرز بينهايت به صورت يك بعد مكان و يك بعد زمان نمايش داده مي‌شود. به همين ترتيب در كيهان ضد دو سيتر با چهار بعد ، مرز يا لبه‌اي كه بي‌نهايت را مشخص مي‌كند داراي دو بعد مكان و يك بعد زمان خواهد بود.

به عبارت ديگر اين مرز به صورت يك كره مجسم مي‌شود. همين مرز كروي است كه فيزيكدانان را به صرفات انداخته تا به سراغ فيزيك هولوگرافيك بروند و از خواص آن براي فهم خواص كيهان ضد دو سيتر و نيز تكميل نظريه كوانتوم گرانشي بهره بگيرند.

اگر بخواهيم مطلب را به زبان ساده بيان كنيم بايد بگوئيم كه نظريه كوانتوم گرانشي كه در درون يك كيهان ضد دوسيتر به كار گرفته مي‌شود كاملا معادل يك نظريه كوانتومي معمولي است كه از آن در مرز يا لبه كروي شكل اين كيهان استفاده به عمل ايد. معناي اين امر آن است كه دانشمندان مي‌توانند براي فهم رفتار ذرات بر اساس نظريه كوانتوم گرانشي (كه مشخصه‌هاي آن هنوز بخوبي فهم نشده اند) از همان مكانيك كوانتومي موجود كه بخوبي با آن آشنايي دارند استفاده كنند. در اين ميان فيزيك هولوگرافيك پل ارتباطي ميان اين دو قلمرو به شمار مي‌آيد.

براي فهم بهتر مطلب مثال زير را در نظر بگيريد.

فرض كنيد دو كپي يا نمونه از يك فيلم سينمايي در اختيار داريد. يكي بر روي سلولزهاي قديمي ضبط شده كه روي استوانه‌هاي هفتاد ميلي متر پيچيده مي شد و با آپارات به نمايش در مي‌آمد و ديگري بر روي دي وي دي‌هاي مدرن ضبط شده است .

روشن است كه فرمت ضبط اين دو نسخه از فيلم كاملا با هم تفاوت دارند. هر چند كه هر دو صحنه‌هاي مشابهي را بر روي خود ضبط كرده اند.

نسخه اول بر روي نوارهاي سلولز ضبط شده كه هر كدام از فريم هايش نظير يك اسلايد است و مي‌توان زير نور به آن نگاه كرد و منظره‌هاي آن را تشخيص داد.در حاليكه فرمت دوم به صورت ديجيتالي و در قالب شماري از صفرها و يك‌ها رمزنگاري شده‌است. با اين حال هر دو فرمت، صحنه‌هاي يكساني را نمايش مي‌دهند.

دو نظريه كوانتوم متعارف و كوانتوم گرانشي نيز همانند اين دو نسخه از فيلم واحد هستند. هرچند فرمت اطلاعات موجود در آنها بكلي متفاوت است، اما هر دو تصوير يك كيهان واحد را نمايش مي‌دهند. كيهاني كه در آن نظريه كوانتوم گرانشي كاربرد دارد نظير نسخه دي وي دي است كه شبيه ديسكي است كه روي آن نوارهاي رنگين كمان مانندي ضبط شده، كيهاني كه نظريه كوانتوم عادي در آن كاربرد دارد و مرز و لبه كيهان اول به شمار مي‌آيد شبيه فيلم سلولزي است.

در اين كيهان دوم نظريه كوانتوم متعارف كه در موزد ذرات بنيادي به كار مي‌رود، در حالتي اعمال مي‌شود كه گويي نيروي جاذبه در مورد اين ذرات غايب است و بر انها اثر نمي‌كند.

از ديسك يا لوح فشرده دي وي دي تنها در صورتي مي‌توان تصاوير مورد نظر را بدست اورد كه بتوان اطلاعات رمز شده ديجيتالي در روي ديسك را به نحو صحيح پردازش كرد. از روي نظريه كوانتومي متعارف كه در مورد لبه كيهان ضد دوسيتر به كار مي‌رود مي‌توان اطلاعاتي درباره نظريه كوانتوم گرانشي و نيز يك بعد اضافي (به اعتبار چهار بعدي بودن كيهان و سه بعدي بودن لبه آن) بدست آورد به شرط آنكه اطلاعات مربوطه به نحو صحيح تحليل شوند.

معادل بودن دو نظريه كوانتوم گرانشي و كوانتوم معمولي در اين كيهان ضد دو سيتر به اين معناست كه براي هر هستار يا شي‌اي كه در يك نظريه راجع به آن سخن گفته شود مي‌توان معادلي در نظريه دوم پيدا كرد.

البته اين هستارهاي معادل ممكن است با يكديگر اختلافات بسيار زيادي داشته باشند. درست همانگونه نسخه‌هاي دو گانه فيلم با يكديگر اختلافات اساسي دارند.

يكي از اين دو هستار در درون كيهان جاي دارد و ممكن است تنها يك تك ذره باشد. در حاليكه هستار معادل آن كه در مرز يا لبه كيهان جاي دارد ممكن است مجموعه‌اي از ذرات بنيادي باشد كه ما با آنها آشنايي بيشتري داريم. اما اين دو مجموعه با يكديگر معادلند به اين معني كه تصويري از يك واقعيت را پيش روي ما مي‌گذارند.

به اين ترتيب اگر در دورن كيهان دو ذره بنيادي ‪ ۴۰‬درصد شانس برخورد با يكديگر را داشته باشند، دو مجموعه يا توده از ذرات كه بر روي لبه به عنوان معادل اين دو تك ذره به شمار مي‌ايند نيز ‪ ۴۰‬درصد شانس برخورد با يكديگر را دارند.

اگر بازهم بخواهيم اين توضيحات را دقيق تر كنيم مي‌توانيم بگوئيم كه توده‌هاي ذراتي كه روي لبه يا مرز حضور دارند و نماينده تك ذرات درون كيهان ضد دو سيتر هستند به گونه‌اي با يكديگر تعامل مي‌كنند كه شباهت زيادي با نحوه تعامل كواركها و گلوئونها در كيهان خود ما دارد.

كوارك‌ها اجزاي تشكيل‌دهنده پروتونها و نوترونها هستند. گلوئونها نيز مولد نيروهاي قدرتمندي هستند كه كواركها را به يكديگر متصل نگاه مي دارند. كوارك‌ها داراي نوعي بار الكتريكي هستند كه به سه صورت مختلف ظاهر مي‌شوند.

فيزيكدانها با نوعي كج سليقگي يا به عكس خوش سليقگي به اين سه نوع بار نام رنگهاي مختلف كوارك را داده اند. و بنابراين كواركها را هستارهايي رنگي محسوب كرده اند! علم بررسي رفتار ديناميكي اين كوراكها را نيز بر همين اساس كوانتوم كروموديناميك ناميده‌اند كه واژه "كروم ‪ "chrome‬به معناي رنگ است.

فرق بين ذراتي كه روي لبه كيهان دو سيتر قرار دارند با كواركها و گلوئونهاي عادي كه دانشمندان با آنها آشنا هستند آنست كه اين ذرات داراي شمار زيادي از "رنگ ها" هستند و تعداد اين "رنگ ها" به سه محدود نمي‌شود.

فيزيكداني به نام جرارد هوفت از دانشگاه اوترشت در هلند در سال ‪۱۹۷۴‬ به بررسي اين نظريه پرداخت و در آن هنگام پيش بيني كرد كه گلوئونها در روي لبه كيهان ضد دو سيتر رشته‌ها و زنجيره‌هايي را بوجود مي‌آورند كه شباهت زيادي به ريسمانهايي دارد كه در نظريه ريسمانها از آن سخن گفته مي شود.

ماهيت اين ريسمانها در آن هنگام هنوز براي فيزيكدانان روشن نبود. اما در سال ‪ ۱۹۸۱‬يك فيزيكدان روس به نام پولياكف كه اكنون در دانشگاه پرينستن است توجه كرد كه اين ريسمانها عملا در فضايي حضور دارند كه از حيث تعداد ابعاد مكاني بالاتر از فضايي است كه گلوئونها در آن جاي دارند.

همين نكته راه را براي رهيافت تازه هولوگرافيك هموار كرد. در اين رهيافت فرض مي‌شود كه فضاهاي با ابعاد بالاتر بخشهاي دروني كيهان ضد دو سيتر را تشكيل مي‌دهند.

براي درك اين نكته كه سر و كله اين بعد اضافي از كجا ظاهر مي‌شود؟ بايد كار را از توجه به موقعيت رشته گلوئونها در روي لبه يا مرز كيهان ضد دو سيتر شروع كنيم. ريسماني كه از اين گلوئونها بوجود مي‌آيد از يك نوع به اصطلاح "كلفتي ‪"thickness ‬برخوردار است كه رابطه مستقيم با شمار گلوئونهايي دارد كه در لبه جاي دارند. هر چه اين گلوئونها بيشتر باشند ريسمان كلفت تر مي‌شود.

 

4- دانشمندان در پي پاسخ به اينكه جهان سه‌بعدي است يا دو بعد بيشتر ندارد

زماني كه فيزيكدانان به محاسبه نحوه تعامل ريسمانهاي روي لبه با يكديگر مي‌پردازند به نتايج عجيبي دست مي‌يابند. دو رشته كه از حيث كلفتي با يكديگر تفاوت دارند، چندان با يكديگر تعامل نمي‌كنند. چنين به نظر مي رسد كه اين ريسمانها به صورت مكاني از يكديگر جدا هستند.

به عبارت ديگر مي‌توان كلفتي ريسمانها را به صورت يك مختصات مكاني تازه در نظر گرفت كه از روي لبه به بيرون از آن امتداد مي‌يابد.

به عبارت ديگر يك ريسمان نازك، ريسماني است كه كاملا چسبيده به خود لبه است در حاليكه يك ريسمان كلفت به واسطه ضخامتش از لبه فاصله گرفته است.

همين مختصات اضافي كه به واسطه كلفتي يا ضخامت ريسمان اصل مي‌شود كاملا براي توصيف حركاتي كه در كيهان ضد دو سيتر اتفاق مي‌افتد ضرورت دارد.

شمار "رنگهاي" روي مرز يا لبه اندازه يا شعاع دايره‌اي را كه سطح قاعده كيهان ضد دو سيتر را مشخص مي‌سازد، تعيين مي‌كند. به عنوان مثال براي آنكه كيهان يا زمان-مكان ضد دو سيتر داراي ابعادي معادل كيهاني باشد كه ما در آن بسر مي‌بريم شمار " رنگهاي" روي مرز آن كيهان مي‌بايد برابر ‪ ۱۰۶۰‬باشد.

در بررسي اين رهيافت هولوگرافيك روشن مي‌شود كه يك نوع از زنجيره گلوئون در زمان-مكان چهار بعدي نظير گراويتون در كيهان ما عمل مي‌كند.

گراويتون ذره‌اي است كه فيزيكدانان فرض كرده‌اند نيروي جاذبه را در مقياس كوانتومي رد و بدل مي‌كند.

در اين رهيافت، جاذبه يا گرانش يك خاصه ظاهرشونده emergent property ‬ است كه از نعامل ميان گراويتونها در فضاي سه بعدي بوجود مي‌آيد. وجود ذره‌اي به نام گراويتون شگفت انگيز نيست زيرا فيزيكدانان از سال ‪ ۱۹۷۴‬به اين نكته توجه كرده بودند كه معادلات نظريه ريسمان همواره موجب بروز پارامتري براي بيان جاذبه در تراز كوانتومي مي‌شود.

بنابراين در مورد نظريه كوانتوم گرانشي كه در درون كيهان ضد دو سيتر عمل مي‌كند نيز مي‌توان انتظار داشت تعامل گلوئون‌ها منجر به ظهور گرانش شود هرچند كه اين گرانش در فضايي با بعدي بالاتر ظاهر مي‌شود.

نتيجه‌اي كه از اين بحث‌ها بدست مي‌آيد آن است كه رهيافت هولوگرافيك يك شيوه گمانزنانه بي‌در و پيكر نيست بلكه شيوه‌اي اساسي براي مرتبط كردن نظريه ريسمانها (يعني مهمترين نظريه در بررسي گرانش) به نظريه‌هاي مربوط به كواركها و گلوئونهاست كه سنگ بناي فيزيك ذرات بنيادين به شمار مي ايند.

بالاتر از اين، چنين به نظر مي‌رسد كه رهيافت هولوگرافيك بصيرتهاي تازه اي درباره معادلات نظريه ريسمان در اختيار فيزيكدانان قرار داده است.

نظريه ريسمانها اول بار در دهه ‪ ۱۹۶۰‬مطرح شد و غرض از آن ارائه توصيفي براي بيان تعاملهايي بود كه در تراز زير اتمي با توجه به نيروي موسوم به "نيروي اندر كنش قوي ‪ "strong interaction‬به انجام مي‌رسيد.

اما زماني كه نظريه الكترو كروموديناميك براي بررسي همين نيرو پيشنهاد شد نظريه ريسمانها موقتا كنار گذارده شد. اما تناظري كه ميان اين دو نظريه وجود داشت حكايت از آن داشت كه تلاشهايي كه براي بسط نظريه ريسمانها به انجام رسيده اتلاف وقت نبوده است. اين دو نظريه در واقع براي توضيف دو روي يك سكه وضع شده بودند.

اگر شرايط مرزي نظريه الكترو كروموديناميك تغيير داده شود، از طريق تغيير نحوه تعامل ذراتي كه روي مرز قرار دارند، نتيجه عبارت خواهد بود از مجموعه‌اي از نظريه‌هايي كه شرايط داخلي كيهان ضد دو سيتر را توصيف مي كنند.

نكته جالب در اينجاست كه اين نظريه‌هاي جديد صرفا مي‌توانند داراي نيروي جاذبه و يا نيروي جاذبه به علاوه يك نيروي اضافه، مثلا نيروي الكترو مغناطيس، باشند. فيزيكدانان هنوز نتوانسته‌اند اين نكته را حل كنند كه كدام نوع خاص از شرايط مرزي صرفا موجب بروز چهار نوع نيرويي مي‌شود كه نيروهايي اصلي در كيهان ما به شمار مي‌ايند.

اين چهار نيرو عبارتند از نيروي جاذبه كه در مقياس گسترده عمل مي‌كند و نيروي الكترو مغناطيس كه بين الكترونها و پروتونها عمل مي‌كند و نيروي اندركنش ضعيف و اندركنش قوي كه پروتونها و نوترونها را در درون هسته اتم به يكديگر متصل نگاه مي‌دارند.

فيزيكدانان نخستين بار در سال ‪ ۱۹۹۷‬اين فرضيه را پيشنهاد كردند كه رهيافت هولوگرافيك ممكن است بتواند به يك نظريه ساده الكترو كروموديناميك در يك مرز يا لبه چهار بعدي منجر شود .

اما به علت دشواري بيش از حد رياضياتي كه براي فهم مساله مورد نياز است هنوز نمونه مشخص اين نظريه تكميل نشده است.

رهيافت هولوگرافيك در عين آنكه براي فهم كل كيهان كاربرد دارد مي‌تواند به فيزيكدانان براي فهم اتفاقاتي كه در درون سياهچاله‌ها در جريان است كمك كند.

وجود سياهچاله به وسيله استفن هاوكينگ از دانشگاه كيمبريج پيش بيني شد. هاوكينگ پيشنهاد كرد كه سياهچاله‌ها در دماي معين از خود پرتويي تابش مي دهند كه به پرتو هاوكينگ شهرت يافته است.

در مورد اجرام فيزيكي معمولي براي توضيح دما، كافي است از مكانيك آماري استفاده شود كه رفتار ذرات ميكروسكپي سازنده جسم را به دماي آن مرتبط مي‌كند. اما در مورد سياهچاله‌ها چه مي‌توان گفت؟ براي تشخيص دماي سياهچاله‌ها لازم است اجزاي ميكروسكپي سازنده آنها شناسايي شود. اما تنها يك نظريه كوانتوم گرانشي مي‌تواند چنين وظيفه‌اي را به انجام برساند.

برخي از جنبه‌هاي رفتار ترموديناميكي سياهچاله‌ها فيزيكدانان را نگران ساخته بود كه شايد به هيچ وجه نتوان يك مدل كوانتوم مكانيكي براي توضيح رفتار سياهچاله‌ها ارائه داد. اما خوشبختانه براي سياهچاله‌اي كه در درون يك زمان - مكان دو سيتر مفروض انگاشته شود، مي‌توان با استفاده از مكانيك كوانتومي عادي كه در مورد مرز يا لبه اين زمان-مكان يا كيهان خاص اعمال مي شود، رفتار ذراتي را كه روي مرز اين زمان-مكان فرض مي‌گردد معادل خود سياهچاله‌اي گرفت كه همچون يك تك ذره درون اين زمان-مكان ضد دو سيتري جاي دارد.

آنگاه با بررسي رفتار توده ذراتي كه روي مرز يا لبه اين زمان - مكان يا كيهان دو سيتري واقع شده مي‌توان مشخصه‌هاي سياهچاله درون آن را بدست اورد. محاسباتي كه به اين ترتيب به انجام رسيده با نتايجي كه هاوكينگ با روشهايي كاملا متفاوت براي تعيين دماي سياهچاله به انجام رسانده كاملا مطابفت دارد. اين نكته نشان مي‌دهد كه محاسبات انجام شده قابل اعتمادند.

فيزيكدانان همچنين شروع به استفاده از رهيافت هولوگرافيك در جهت معكوس كرده اند. آنان با بهره گرفتن از برخي مشخصه‌هاي درون سياهچاله‌ها كه با شيوه‌هاي ديگري محاسبه شده اند، اقدام به بررسي رفتار كواركها و گلوئونها در دماهاي بسيار بالا كرده اند. به عنوان مثال فيزيكدانان دانشگاه واشنگتن كميتي را به نام "چسبندگي صرف " معرفي كرده‌اند كه براي سيالي كه براحتي سيلان مي‌يابد مقدارش اندك است و در عوض براي سيالي كه بسختي حركت مي‌كند از مقدار بالايي برخوردارست.

اين محققان در بررسيهاي خود به اين نتيجه رسيدند كه ميزان چسبندگي صرف سياهچاله‌ها بسيار اندك است و كميت آن از هر مقداري كه براي سيالات شناخته شده تعيين شده كوچكتر است. معناي اين امر آنست كه كواركها و گلوئونهايي كه در دماي بسيار بالا با يكديگر تعامل مي‌كنند از درجه چسبندگي بسيار پائيني برخوردارند.

نتيجه پيش بيني شده به وسيله اين فيزيكدانان با آزمايشهايي كه به وسيله دستگاه برخورددهنده ذرات بنيادين در بروك هيون به انجام رسيد مورد تاييد قرار گرفت.

در مورد رهيافت هولوگرافيك پرسشهاي بدون پاسخ بسياري مطرح است. از جمله اينكه آيا مي‌توان مدل كيهاني را كه در آن زيست مي‌كنيم در يك زمان-مكان ضد دو سيتري جاي دهيم.

مشخصه اصلي زمان-مكان ضد دو سيتري آن است كه مرز زماني آن بخوبي تعريف شده است. اين مرز همواره باقي خواهد ماند. اما كيهاني نظير كيهان ما كه از زمان مه بانگ تاكنون در حال انبساط است داراي اين ويژگي نيست.

بنابراين مشخص نيست كه ايا مي‌توان از روش هولوگرافيك در مورد همه جنبه‌هاي كيهانشناسي استفاده كرد يا نه. اما درس بزرگي كه از اين روش مي توان اموخت آن است كه در بسياري از موارد مسائلي كه در ابتدا غير قابل حل به نظر مي‌رسند، نظير تئوري گرانش كوانتومي، با يك تغيير ديدگاه مناسب به مسائلي قابل حل تبديل مي‌گردند.

 

نقل از ایرنا


 

 

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

آخرین مقالات


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LEIBNITZ'S MONADS & JAVADI'S CPH

General Science Journal

World Science Database

Hadronic Journal

National Research Council Canada

Journal of Nuclear and Particle Physics

Scientific Journal of Pure and Applied Science

Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons

آرشیو موضوعی

اختر فیزیک

اجتماعی

الکترومغناطیس

بوزونها

ترمودینامیک

ذرات زیر اتمی

زندگی نامه ها

کامپیوتر و اینترنت

فیزیک عمومی

فیزیک کلاسیک

فلسفه فیزیک

مکانیک کوانتوم

فناوری نانو

نسبیت

ریسمانها

سی پی اچ

 فیزیک از آغاز تا امروز

زندگی نامه

از آغاز کودکی به پدیده های فیزیکی و قوانین حاکم بر جهان هستی کنجکاو بودم. از همان زمان دو کمیت زمان و انرژی بیش از همه برایم مبهم بود. می خواستم بدانم ماهیت زمان چیست و ماهیت انرژی چیست؟


 

 


يکشنبه 1 دي 1392

22 December, 2013 13:27

free hit counters

Copyright 2013 CPH Theory

Last modified 12/22/2013