کشف پویایی فضا-زمان با آزمون جدید ریاضیاتی؛ زمان و مکان تغییر می‌کنند؟

زهرا وجدانی: برای دهه‌ها فیزیک‌دانان تلاش کرده‌اند تا درک عمیق‌تری از رابطه میان گرانش و اطلاعات به‌دست آورند. از سوی دیگر، علوم رایانه نیز پیوسته به‌دنبال کشف الگو‌های بنیادی در انتقال و پردازش اطلاعات بوده‌اند.

پژوهش جدیدی که به‌تازگی از سوی دو فیزیک‌دان نظری در بلژیک و سوئیس ارائه شده، گامی جدید در پیوند این دو حوزه برداشته و امکان بهره‌برداری رایانشی از ساختار پویا و قابل‌تحریف فضا-زمان را مطرح کرده است—موضوعی که می‌تواند مبنای مفهومی نسل نوینی از «رایانه‌های فضا-زمانی» باشد.

 خمیدگی فضا-زمان و بازآرایی جریان اطلاعات

در نظریه نسبیت خاص انیشتین، فضا-زمان بستری ایستا و یکنواخت فرض می‌شود که اطلاعات با سرعت محدود و در چارچوب روابط علی مشخص در آن حرکت می‌کند. اما در نظریه نسبیت عام، حضور جرم و انرژی می‌تواند این بستر را دچار خمیدگی کرده و در مسیر حرکت سیگنال‌های اطلاعاتی اختلال ایجاد کند.

پژوهشگران این پروژه، الفتریوس-ارمیس تسلِنتیس از مدرسه پلی‌تکنیک بروکسل و امین باوملر از دانشگاه لوگانو، با اتکا به این چارچوب مفهومی، یک آزمون ریاضیاتی طراحی کرده‌اند که می‌تواند وجود پویایی و تغییر در ساختار فضا-زمان را صرفاً از طریق بررسی الگو‌های زمانی دریافت اطلاعات شناسایی کند.

 سنجش دینامیک فضا-زمان با مدل‌های ارتباطی فرضی

برای آزمون این ایده، پژوهشگران سناریویی را طراحی کرده‌اند که در آن سه بازیگر فرضی آلیس، باب و چارلی در بازه‌های زمانی مشخصی پیام‌هایی برای یکدیگر ارسال می‌کنند. آنها با تحلیل ترتیب زمانی دریافت پیام‌ها، معادله‌ای ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد آیا مسیر انتقال اطلاعات تحت تأثیر تحریف ساختار فضا-زمان تغییر کرده است یا خیر.

این مدل نیازی به اطلاعات پیش‌فرض از موقعیت مکانی، دستگاه‌های اندازه‌گیری خاص یا سناریو‌های آزمایشگاهی ندارد و می‌تواند به‌صورت کلی، وجود ساختار علی غیرکلاسیک را در محیط‌های مختلف بررسی کند.

وارونگی علیت: شکستن زمان در رایانش

به گزارش نیوساینتیست، یکی از نتایج قابل‌تأمل این مدل امکان شناسایی موقعیت‌هایی است که در آنها ترتیب علیت سنتی (یعنی ابتدا علت و سپس معلول) ممکن است نقض شود. در چنین حالتی، یک بازیگر می‌تواند پاسخ پیامی را قبل از ارسال پیام اولیه دریافت کند؛ پدیده‌ای که در نظریه‌های فیزیک با عنوان «علیت غیرخطی» یا «علیت وارونه» (Causal Inversion) شناخته می‌شود و اگرچه در محیط‌های کلاسیک غیرممکن است، در بستر‌های فضا-زمانی دینامیک قابل بررسی است.

امین باوملر در این‌باره می‌گوید: «برای نخستین بار موفق شدیم یک رابطه ریاضیاتی دقیق میان تغییرات هندسی فضا-زمان و الگوی انتقال اطلاعات برقرار کنیم—موضوعی که می‌تواند پایه‌گذار معماری‌های نوین در علوم رایانه باشد.»

رایانه‌های فضا-زمانی؛ امکان مفهومی چالش اجرایی

پابلو آریگی فیزیک‌دان نظری از دانشگاه پاریس-ساکله، این پژوهش را گامی معنادار در همگرایی دو حوزه رایانش و نسبیت عام می‌داند و می‌گوید: «اگر قرار است از قوانین فیزیک برای توسعه رایانش بهره بگیریم، چرا از گرانش استفاده نکنیم؟»

او به طرح‌هایی مانند قراردادن یک رایانه در نزدیکی افق رویداد سیاه‌چاله اشاره می‌کند که در آن نرخ زمان به‌شدت کاهش می‌یابد و می‌تواند انجام محاسباتی را ممکن سازد که در شرایط معمول زمانی برای آنها کافی نیست. با این حال، پژوهش اخیر به‌دلیل رویکرد نظری و ابزارمحور نبودنش، مزیت قابل‌توجهی نسبت به طرح‌های مشابه دارد.

علی‌رغم جذابیت نظری، پیاده‌سازی عملی این ایده‌ها در وضعیت کنونی چالش‌برانگیز است. گرانش در مقیاس‌های غیرکیهانی بسیار ضعیف عمل می‌کند؛ خمیدگی‌های کوچک ناشی از اجسام روزمره مانند میز، صندلی یا حتی ساختمان‌ها قابل‌اندازه‌گیری نیستند. با این حال، پیشرفت در فناوری‌هایی نظیر ساعت‌های اتمی فوق‌سرد یا آشکارساز‌های امواج گرانشی، روزنه‌هایی به‌سوی شناسایی تغییرات بسیار ریز در فضا-زمان گشوده است.

وی ویلاسینی از دانشگاه گرونوبل آلپ نیز این پروژه را گامی الهام‌بخش برای بررسی تعامل میان نظریه اطلاعات و نسبیت عام می‌داند. او معتقد است که پدیده‌هایی مانند ادغام سیاه‌چاله‌ها یا عبور امواج گرانشی از زمین ممکن است حاوی امضا‌های فیزیکی‌ای باشند که بتوان از آنها برای آزمون مدل‌های علیت وارونه استفاده کرد.

 از فیزیک نظری تا معماری اطلاعاتی آینده

پژوهش تسلنتیس و باوملر، شکافی میان فیزیک نظری و علوم اطلاعاتی را پر کرده و پیشنهاد می‌کند که دینامیک فضا-زمان می‌تواند خود یک بستر محاسباتی باشد. این دیدگاه اگرچه هنوز در سطح مفهومی و ریاضی باقی مانده، اما گامی اساسی به‌سوی رایانش مبتنی بر هندسه فضا-زمان محسوب می‌شود.

در چشم‌اندازی دور اما قابل‌تصور شاید روزی رایانه‌هایی ساخته شوند که به‌جای پردازش داده با برق یا نور، از خمیدگی‌های دقیق در بافت فضا-زمان برای تحلیل اطلاعات استفاده کنند؛ رایانه‌هایی که مفاهیم زمان، علیت و گرانش را به عنوان اجزای اصلی در معماری خود جای داده‌اند.

انتهای پیام/