آیا جهان هولوگرام است؟

زهرا وجدانی: صد سال پیش ارنست شرودینگر فیزیکدان اتریشی، معادله‌ای را معرفی کرد که مسیر فیزیک مدرن را برای همیشه تغییر داد. این معادله، که به معادله شرودینگر مشهور است، پایه و اساس مکانیک کوانتومی شد و امکان مطالعه رفتار ذرات زیراتمی را با دقت بالا فراهم آورد. 

اکنون پس از یک قرن، پژوهشگران در تلاشند با استفاده از ایده‌ای نوین و جسورانه به نام «اصل هولوگرافیک» یا «اصل هولوگرافی»، شکاف میان دنیای عجیبی کوانتوم و جهان عظیم نسبیت عام را پر کنند.

معادله شرودینگر؛ جهشی کوانتومی در فیزیک

ارنست شرودینگر در سال ۱۹۲۵ معادله‌ای را ارائه داد که امکان توصیف دقیق رفتار موجی ذرات را فراهم می‌کرد. این معادله نه تنها به فهم رفتار کوانتومی کمک کرد بلکه توانست دنیای ناملموس ذرات زیراتمی را به صورت ریاضیاتی مدل‌سازی کند. به گفته آبهی کتیال، فیزیکدان دانشگاه ایالتی یوتا، «مکانیک کوانتومی و نسبیت عام، دو ستون اصلی فیزیک مدرن هستند و چالش اصلی، پیوند دادن این دو نظریه است.»

معادله شرودینگر اساساً رفتار سیستم‌های کوانتومی را به صورت تابع موج توصیف می‌کند که احتمال یافتن ذرات در مکان‌ها و حالات مختلف را تعیین می‌کند. این معادله به فیزیکدانان اجازه داد جهان را از دیدگاهی کاملاً متفاوت و پیچیده‌تر بررسی کنند؛ جایی که احتمالات و عدم قطعیت جایگزین قطعیت‌های کلاسیک شده‌اند.

ناهماهنگی دو دنیای کوانتوم و نسبیت

مکانیک کوانتومی قوانین دنیای اتم‌ها و ذرات زیراتمی را حکمرانی می‌کند؛ در حالی که نظریه نسبیت عام، رفتار گرانش در مقیاس‌های بزرگ مانند سیارات و کهکشان‌ها را توضیح می‌دهد. هر یک از این نظریه‌ها در حوزه خود بسیار موفق هستند، اما وقتی تلاش می‌شود آنها را با هم ترکیب کنند، تناقض‌ها و ناسازگاری‌هایی ظاهر می‌شود.

به عنوان مثال، در سیاه‌چاله‌ها، جایی که همزمان اثرات گرانش بسیار قوی و پدیده‌های کوانتومی رخ می‌دهد، مدل‌های فعلی پاسخگو نیستند.

اسکار وارلا، استاد دانشگاه و راهنمای آبهی کتیال، می‌گوید: «تلاش برای ساخت نظریه‌ای به نام گرانش کوانتومی، از نیم قرن پیش آغاز شده، اما هنوز تعریفی دقیق و قابل قبول ندارد.»

اصل هولوگرافیک؛ پلی میان دو جهان

اصل هولوگرافیک که ریشه در نظریه‌های ریسمان و میدان کوانتومی دارد، بر این فرض استوار است که تمام اطلاعات یک سیستم سه‌بعدی می‌تواند روی یک سطح دوبعدی رمزگذاری شود.

این ایده به طور نخست توسط فیزیکدانانی، چون جرارد ’ت هفت و لئونارد ساسکیند در دهه ۱۹۹۰ مطرح شد و نشان می‌دهد که جهان ممکن است مانند یک هولوگرام باشد؛ تصویری دوبعدی که به گونه‌ای سه‌بعدی به نظر می‌رسد.

تیم پژوهشی دانشگاه ایالتی یوتا، متشکل از آبهی کتیال، اسکار وارلا و ریتابراتا باتاچاریا، با تمرکز بر شاخص‌های سوپرکانوفرمال کلاس در نظریه ابرگرانش، تلاش می‌کند چارچوب ریاضی دقیق‌تری برای درک این اصل ارائه کند که می‌تواند مدل‌های گرانش کوانتومی را به شکل قابل آزمایشی نزدیک‌تر کند.

چرا اصل هولوگرافیک مهم است؟

یکی از دلایل اهمیت اصل هولوگرافیک، توانایی آن در حل معضلاتی است که سال‌ها فیزیکدانان را به چالش کشیده است، مانند مسئله اطلاعات در سیاه‌چاله‌ها. طبق این اصل، اطلاعات از سیاه‌چاله‌ها از بین نمی‌رود، بلکه به صورت هولوگرامی روی افق رویداد ذخیره می‌شود.

آزمایش مستقیم نظریه‌های گرانش کوانتومی دشوار است، چون فناوری‌های فعلی قادر به مشاهده پدیده‌های در مقیاس پلانک (۱۰^-۳۵ متر) نیستند. به همین دلیل، توسعه نظریه‌هایی مانند اصل هولوگرافیک به عنوان ابزاری مهم برای پیش‌بینی رفتار جهان در این مقیاس‌ها عمل می‌کند.

پیشرفت‌های تازه دانشمندان 

یک گروه از محققان اخیراً نتایج تحقیقات خود را در مجله معتبر «Physical Review Letters» منتشر کرده‌اند. پروژه آنها با حمایت بنیاد ملی علوم آمریکا انجام شده و تمرکز اصلی آن استخراج شاخص‌های سوپرکانوفرمال از نظریه ابرگرانش ماکزیمال است. این شاخص‌ها می‌توانند نقش مهمی در فهم بهتر چگونگی ارتباط گرانش و کوانتوم داشته باشند.

طبق گفته ریتابراتا باتاچاریا «ما با بررسی این شاخص‌ها می‌توانیم ابزاری قدرتمند برای مقایسه مدل‌های نظری با مشاهدات واقعی پیدا کنیم و به درک عمیق‌تری از ساختار جهان دست یابیم.»

آینده پژوهش؛ مرز‌های نوین فیزیک

برای این تیم، اصل هولوگرافیک نه فقط یک ایده نظری، بلکه وسیله‌ای برای حرکت به سوی کشف‌های جدید در فیزیک است. این اصل ممکن است سرآغاز انقلابی در فهم ما از فضا، زمان و ماده باشد.

به گفته اسکار وارلا، «اصل هولوگرافیک مدلی است که ما را قادر می‌سازد پیش‌بینی‌های دقیق درباره گرانش کوانتومی داشته باشیم و به سوی افق‌های نوین دانش حرکت کنیم.»

اگر این نظریه تایید شود، می‌تواند تغییر بنیادی در فیزیک و فلسفه علم ایجاد کند و دیدگاه ما نسبت به واقعیت را متحول سازد.

صد سال پس از ارائه معادله شرودینگر، تلاش‌های فیزیکدانان برای درک عمیق‌تر جهان ادامه دارد. در حالی که هنوز نظریه واحد و پذیرفته‌شده‌ای که مکانیک کوانتومی و نسبیت عام را ادغام کند، وجود ندارد، پیشرفت‌هایی، چون استفاده از اصل هولوگرافیک، نویدبخش فتح این قله علمی است. پژوهش‌های محققان نمونه‌ای از این تلاش‌هاست که نشان می‌دهد مرز‌های فیزیک امروز بیش از هر زمان دیگری در حال گسترش و تعمیق است.

انتهای پیام/