یکی از جذاب‌ترین و بنیادی‌ترین سوالاتی که هنوز در فیزیک، جواب قاطعی به آن داده نشده، منشا فضازمان و چگونگی برآمدن آنها از اجزای بنیادی‌تر است. با توجه به نقش بنیادی فضازمان در توصیف رویدادهای کوانتومی، کشف هرگونه سرنخی در این زمینه میتواند فوق‌العاده هیجان‌انگیز باشد. اکنون فیزیکدانان، چنین سرنخ‌هایی را یافته‌اند: یک مدل هولوگرافیک از فضای دوسیته. جهان‌های پاددوسیته دارای مشکل بینهایت هستند، اما دانشمندان با برش دادن و تغییر شکل دو جهان پاددوسیته و سپس چسباندن مرزهای آنها به یکدیگر، یک هولوگرام از فضای دوسیته ساختند که مشکل بینهایت ندارد! با دیپ لوک همراه باشید…
فیزیکدانان اعتقاد دارند که بافت فضا و زمان، ظهوریافته و برآمده۱ از نخ یا ریسمان‌هایی کوانتومی است که طبق الگوی ناشناخته‌ای در یکدیگر بافته شده‌اند. آنها به مدت ۲۲ سال، یک مدل ساده برای توضیح اینکه فضازمان برآمده چگونه کار میکند، داشتند: «جهان در یک بطری۲» که خوان مالداسنا (Juan Maldacena) آن را کشف کرد. فضازمانی که منطقه‌ی درونی بطری را پر میکند (پیوستاری که خم و مواج می‌شود و نیرویی به نام گرانش را تولید میکند) دقیقا یک شبکه از ذرات کوانتومی را ترسیم میکند که در سطح سفت و بدون گرانش بطری زندگی میکنند. جهان داخلی از سیستم مرزیِ با ابعاد کمتر، ترسیم می‌شود، مانند یک هولوگرام. کشف این هولوگرام توسط مالداسنا، به فیزیکدانان مثالی کارآمد از یک نظریه‌ی گرانش کوانتومی ارائه داده است؛ اما این بدان معنا نیست که این مدل، چگونگی برامدن فضازمان و گرانش را در جهان ما نشان می‌دهد. فضای داخلی بطری، یک مکان پویا (Escheresque) مشهور به فضای پاددوسیته۲ (AdS) است که مانند زین دارای تقعر و انحنای رو به پایین است. جهت‌های متفاوت این منحنی زینی‌شکل، یک انحنای رو به بالا و یک انحنای رو به پایین دارند. هرچه از مرکز دور می‌شوید، این منحنی‌ها بیشتر به حالت عمودی نزدیک می‌شوند و در نهایت فضای AdS مرز بیرونی‌اش را داریم، سطحی که ذرات کوانتومی میتوانند با هم برهمکنش کنند تا درونش یک جهان هولوگرافیک بسازند؛ ولی ما در یک فضای خمیده‌ی مثبت یا فضای دوسیته (اصطلاحی برای جهانی همانند جهان ما) ساکن هستیم که شبیه سطح کره‌ای است که بدون هیچ محدودیتی، در حال گسترش است.
از سال ۱۹۹۷ که مالداسنا تناظر پیمانه/گرانش۳ (یک دوگانگی میان فضای پاددوسیته و نظریه میدان کوانتومی همدیس۴ که توصیف‌کننده‌ی برهمکنش‌های کوانتومی روی آن مرز فضاست) را کشف کرد، فیزیکدانان به دنبال توصیف مشابهی برای مناطق فضازمانی مانند مال ما بوده‌اند که محصور به بطری نباشد. تنها «مرز» جهان ما، آینده‌ی بینهایت است؛ اما دشواری مفهومی ترسیم یک هولوگرام از ذرات کوانتومی که در آینده‌ی بینهایت زندگی میکنند، تلا‌ش‌های زیادی را برای توصیف فضازمان واقعی به صورت هولوگرام‌گونه بی‌نتیجه گذاشته است.
سال گذشته، سه فیزیکدان در طراحی هولوگرامی از فضای پاددوسیته پیشرفت‌هایی کردند. طرح آنها نیز مانند تناظر AdS/CFT، یک مدل ساده و اسباب‌بازی است، اما برخی از اصولی که در ساختش استفاده شدند، میتواند به هولوگرام‌های واقعی‌تر فضازمان تعمیم یابند. شی دانگ (Xi Dong) از دانشگاه سانتا باربارای کالیفرنیا که این تحقیق را رهبری کرد، می‌گوید:
شواهدی وجود دارد که این مدل جدید، قطعه‌ای از یک بستر یکپارچه برای گرانش کوانتومی در فضای دوسیته است.
دانگ و همکارانش، یک هولوگرام از فضای دوسیته را با برداشتن دو جهان پاددوسیته، برش دادن و تغییر شکل آنها و سپس چسباندن مرزهای آنها به یکدیگر ساختند. برش دادن برای مقابله با بینهایت مشکل‌ساز، لازم است: واقعیت این است که مرز فضای پاددوسیته (AdS)، بینهایت از مرکز آن دور است. دانگ و همکارانش، فضای پاددوسیته را با شکستن ناحیه‌ی فضازمانی در یک شعاع بزرگ، محدود کردند. این ترفند به افتخار طراحان آن که فیزیکدانانی به نام‌های لیزا رندال (Lisa Randall) و رامان ساندرام (Raman Sundrum) بودند، گلوگاه رندال-ساندرام (Randall-Sundrum throat) شناخته می‌شود. این فضا، هنوز به طور تقریبی با یک نظریه میدان همدیس (CFT) تقریب زده می‌شود که در مرزش زندگی میکند، اما اکنون مرز آن نسبت به مرکز، فاصله‌ی محدودی دارد.
پس از آن، دانگ و همکارانش، اجزایی از نظریه ریسمان را به دو گلوگاه نظری رندال-ساندرام اضافه کردند تا انرژی آنها را افزایش داده و به آنها انحنای مثبت بدهند. این روش که بالابردن (uplifting) نامیده می‌شود، فضاهای پاددوسیته‌ی زینی‌شکل را به فضاهای دوسیته‌ی کاسه‌ای شکل تبدیل میکند. اکنون فیزیکدانان می‌توانستند دو کاسه را از لبه‌هایشان به هم بچسبانند. دو نظریه میدان همدیسی که نیمکره‌ها را توصیف میکنند، با یکدیگر جفت شده و یک سیستم کوانتومی را تشکیل می‌دهند که از نظر هولوگرافیکی، در تمام فضای دوسیته‌ی کروی، دوتایی هستند. دانگ گفت:
فضازمان بدست آمده، هیچ مرزی ندارد، اما از نظر ساخت با دو نظریه میدان همدیس، دوتایی است. از آنجا که ناحیه‌ی استوایی فضای دوسیته، یعنی جایی که دو CFT در آن زندگی میکنند، خود یک فضای دوسیته است، این ساخت، تناظر دوسیته/دوسیته (dS/dS correspondence) نامیده می‌شود.
سیلورستین (Silverstein) این ایده‌ی بنیادی را در سال ۲۰۰۴ با سه نفر دیگر پیشنهاد داد، اما این ابزار نظری جدید، او، دانگ و توروبا را قادر ساخت تا هولوگرام دوسیته/دوسیته را با جزییات بیشتری مطالعه کرده و نشان دهند که این نظریه، آزمون‌های سازواری مهمی را پشت سر می‌گذارد. آنها در مقاله‌ای که تابستان گذشته منتشر کردند، انتروپی درهم تنیدگی را محاسبه کردند. این کمیت، میزان اطلاعات ذخیره شده در نظریه میدان‌های همدیس جفت‌شده‌ای که روی استوای فضا زندگی میکنند را نشان می‌دهد. مقدار محاسبه شده توسط آنها، با مقدار بدست آمده از فرمول شناخته شده‌ی انتروپی برای ناحیه‌ی متناظر کروی فضای دوسیته، مطابقت دارد.
اکنون بیشتر محققان، در حال بررسی هولوگرام دوسیته با استفاده از ابزارهای علم کامپیوتر هستند. در چند سال اخیر فیزیکدانان متوجه شده‌اند که تناظر AdS/CFT دقیقا مانند یک «کد تصحیح خطای کوانتومی» (برنامه‌ای برای کدگذاری ایمن اطلاعات در یک سیستم کوانتومی متلاطم) کار میکند. تصحیح خطای کوانتومی ممکن است نشان دهد چگونه بافت برامده‌ی فضازمان، استحکام خود را بدست می‌آورد، با وجود آنکه از ذرات کوانتومی حساس و شکننده، ساخته شود. دانگ، که بخشی از تیمی بود که ارتباط بین تناظر AdS/CFT و تصحیح خطای کوانتومی را کشف کرد، می‌گوید:
من معتقدم هولوگرافی دوسیته نیز به صورت یک کد تصحیح خطای کوانتومی کار میکند و من بسیار علاقمند بودم بدانم چطور! امید کمی برای یافتن شواهد تجربی تایید کننده‌ی این دیدگاه جدید درباره‌ی فضازمان دوسیته وجود دارد، اما اگر تکه‌های پازل به درستی در حال کنار هم قرار گرفتن باشند، شما به طور غریزی می‌فهمید!
پاتریک هیدن (Patrick Hayden)، فیزیکدان نظری و دانشمند کامپیوتر دانشگاه استنفورد که تناظر AdS/CFT و ارتباط آن با تصحیح خطای کوانتومی را بررسی میکند، می‌گوید:
خیلی زود است که بگوییم آیا نگرش‌های چگونگی شکل‌گیری فضازمان و چگونگی کارکرد گرانش کوانتومی در فضای پاددوسیته، در یک فضای دوسیته کار خواهند کرد؛ اما این مسیری است که باید طی شود. شما می‌توانید پرسش‌های بسیار مهم ریاضی را فرمول‌بندی کنید. من فکر میکنم در چند سال آینده باید منتظر خبرهای جذابی باشیم.
- Universe in a bottle
- Emergent
- Anti-de Sitter
- AdS/CFT correspondence
- Conformal field theory
گفتگو۲ دیدگاه
ایوللل😍
با سلام
بهتر است در مورد زمان و مکان مقداری ساده تر بیندیشم و در پی کشف ابعاد پنهانی و اضافی نباشیم و با همین چهار بعد واقعیت را بررسی نمائیم .اصل مطلق بودن مکان و زمان نیوتون و اصل نسبی بودن زمانمکان انشتاین هر دو نیمی از حقیقت را بیان داشته و نیمی دیگر از حقیقت را نادیده گرفته اند. نیوتون اصل را صحیح بیان داشته اما تعاریف ارائه شده در مورد زمان و مکان توسط او اشتباه می باشد. اشتباه عالمان کیهان شناس این است که با پیدایش نسبیت عام انشتاین، اصل مطلق بودن زمان مکان نیوتون را کان لم یکن و یا منتفی شده تلقی میکنند. جهان دارای دو محیط می باشد. یکی مطلق است ، ثابت و پایدار که نه یک ذره بزرگتر و نه یک ذره کوچکتر می شود، چنین مکانی مشمول حال گذر زمان و فرسودگی نمی باشد، جنس چنین مکانی مادی نیست بلکه یک سطح هندسی دو بعدیست و از جنس تصورات ذهنی، با این وجود ذرات نور و ماده از آن نمی توانند عبور کنند و وارد جهان های همسایه شوند. مطلق بودن چنین محیطی به معنای بی کرانی نیست ، بلکه مطلقا ثابت بودن در سر جای خود و عدم فرسودگی آن است. زمان مطلق چنین مکانی، زمانی نیست که آغاز و پایان نداشته باشد بلکه زمانی است ایستا که نمی گذرد و مقدار عدد آن برابر صفر می باشد که این چنین زمان همان بی زمانی است. این تصویر برای همه جهان هائی که تاکنون خلق شده اند مطلقا یکسان می باشد. به این معنا که همه جهان ها دارای یک فرم و محتوای مساوی و برابر می باشند. پدیده مه بانگ در مرکز همه جهان ها بطور مطلقا همزمان صورت گرفته است. فرم جهان ها یا میتوانند کروی باشند و یا مکعب مربع و یا هشت ضلعی مربع مثل خان های روی شان مومی کندوی زنبور عسل. شکل مخروطی کمترین احتمال را دارد. البته علم تجربی که بر اساس مشاهده و آزمایش و تدوین تئوری و سپس آزمایش تئوری کار میکند، نمی تواند صحت و سقم این تصویر خیالی را آزمایش نماید و آنرا تجربه کند. اما ماهیت مفهوم بی نهایت به ما اجازه می دهد که چنین تصوری را داشته باشیم. جهانی که وسعت و ابعاد و عظمت و نظم آن مورد شگفت و تعجب ما انسان ها می باشد، در مقایسه با پهنه لایتناهی یک نقطه ناچیز فیزیکی بیش نمی باشد و برای پر کردن پهنه بی نهایت به تعداد بی شماری از این جهان ها نیاز مندیم و عمل پر کردن هم هرگز پایان نخواهد یافت.
در عوض زمانمکان انشتاین شامل حال محتوی جهان می باشد که با انرژی و جرم در حال کنش و واکنش بسر می برد و دارای خاصیت انقباض و انبساط. محیط این زمانمکان محدود می باشد، اما در حال حاظر در حال انبساط و یا در حال انقباض و در حالت ایستا بسر می برد. ضمننا اگر تلسکوپ هابل کهکشان های بسیار دور دست راه با سرعت شتاب دار در حال گریز از مرکز مشاهده می کند، دلیل بر این نیست که کیهان در حال حاظر در حال انبساط است، زیرا آن تصاویر مربوط به میلیاردها سال نوری بوده و نمی تواند اطلاع دقیقی در مورد وضع کنونی کیهان به ارائه دهد. لذا کیهان ممکن است در حال حاظر در حال انقباض باشد. خلق و یا پیدایش جهان ها در بسیار دور دست های پهنه بیکرانی هرگز پایان نخواهد یافت. تائید این تصویر خیالی میتواند یکی ماهیت خود بینهایت و دیگری بی پایان بودن اعداد باشد. بنابر این تصور جهان های موازی و متعدد که توجه کیهان شناسان را به خود جلب کرده است، اوهام و توهم خیالی نیست بلکه قریب به حقیقت و واقعیت. البته برای جهان ها شکل ها و محتوا های مختلف را پنداشتن، یه مقداری نزدیک به اوهام می باشد. خود من شخصا به یکسان بودن فرم و محتوای جهان ها باور دارم و از این طریق خودم را از لحاظ عددی بیشمار حس میکنم و در تمام جهان ها مطلقا همزمان زندگی میکنم و همین زندگی را طی میکنم. عوالم ایده آل فلاسفه و حکیمان و عرفان و ادیان از طریق پرش کوانتایئ و آنهم از طریق توالی مه بانگ ها و نوسازی محتوای جهان ها و ادامه تکامل طبیعت و آغاز مجدد زندگی انسان و ادامه حرکت او به سمت کمال تا شناخت کامل خویشتن و خداوند و شناخت مطلق جزئیات طرح خلقت، در غایت حرکت ایجاد خواهد شد.