فضا – زمان: معمایی برای حل شدن
بيگ بنگ/ به گفتۀ پيتر هوراوا، فضا – زمان، تار و پودي که هندسۀ آن با گرانش ِ ستارگان، سيارات و ماده قابل تغيير است – ممکن است چيزي بيش از يک سراب نباشد. هوراوا که در دانشگاه کاليفرنيا- برکلي مشغول به کار است قصد دارد اين تار و پود را بشکافد و فضا – زمان را از يکديگر خالي کند تا به يک نظريۀ يکپارچه دست يابد و در نهايت دو دنياي عجيب ِ مکانيک کوانتوم و گرانش را با يکديگر تلفيق کند. جامعۀ جهاني فيزيک شروع به استفاده از بدعت جديد هوراوا کرده تا اسرارِ کيهان شناختيِ مادۀ تاريک و انرژي تاريک که همزاد يکديگر هستند را توضيح دهد. محققان دريافتند که ممکن است سياهچاله ها آنگونه که انتظار داريم رفتار نکنند. اگر ايده “هوراوا” درست باشد، مي تواند برداشت ما از فضا – زمان را براي هميشه تغيير دهد و منجر به دستيابي «نظريۀ همه چيز» شود. به مدت چندين دهه، فيزيکدانان در تلاش خود براي انطباقِ نظريۀ نسبيت عامِ اينشتين که گرانش را توصيف مي کند و مکانيک کوانتومي که جهان ذرات اتمي و نيروهايي با کوچکترين مقياس را شرح مي دهد، با موانعي روبرو بوده اند. فضا – زمان بر اساس نظريۀ کوانتوم يک پس زمينۀ ايستا است که ذرات در درون آن حرکت مي کنند، اما در مقابل، نظريات اينشتين، نه تنها فضا – زمان را به طور جدايي ناپذيري به يکديگر متصل مي کند، بلکه فضا-زمانِ و مادۀ درون آن را نيز قابل توصيف کرده است. بيشترِ انگيزۀ تحقيق روي نظريه کوانتوم و نسبيت براي ايجاد نظريۀ گرانش کوانتومي؛ در واقع نياز به درکِ رويدادي است که فورأ پس از بيگ بنگ رخ داد يا رويدادي که در نزديکي افق رويدادِ سياهچاله ها رخ مي دهد و اين يعني ميدان هاي گرانشي گسترده هستند. “هوراوا” راه حل خود را در فيزيکِ مادۀ فشرده پيدا کرده است، به ويژه در اتم کربن به ضخامت يک اتم که گرافين ناميده مي شود و الکترون هايش در اطرافِ سطح همانند توپ هايي در ماشينِ پين بال مي چرخند. از آنجايي که اتم هاي گرافين فقط در کسري از سرعت نور حرکت مي کنند، هيچ نيازي به در نظر گرفتنِ “نسبيت” نيست. اما اگر اين گرافين را تا صفر مطلق خنک کنيد، مشاهده خواهيد کرد که چيز خارق العاده اي رخ مي دهد: سرعت الکترون ها به طور چشمگيري افزايش مي يابد. اکنون، نظريات نسبيت براي توصيفِ صحيحِ آنها لازم هستند. اين تغيير بود که تصورِ هوراوا را برانگيخت. نظر هوراوا در مورد گرافين اين است که تقارنِ لورنتس هميشه در آن واضح نيست.(تقارن لورنتس در دانش فيزيک، که نام آن برگرفته از نام هندريک لورنتس ميباشد، عبارت است از “ويژگي طبيعت که مي گويد نتايج آزمايش ها مستقل از جهت گيري و سرعت آزمايشگاه در ميان فضا هستند) او تصور کرد که آيا همين مسئله براي جهان ما نيز صدق مي کند. چيزي که امروزه در اطراف مشاهده مي کنيم، کيهاني سرد است که در آن فضا و زمان به نظر با تقارنِ لورنتس به يکديگر متصلند – حقيقتي که نشان مي دهد آزمايشات با دقتِ حيرت آوري انجام شده اند، اما مواد و ذرات در لحظات اوليه بسيار متفاوت بودند. چه مي شود اگر تقارني که امروزه واضح است براي طبيعت بنيادي نباشد، اما با سرد شدنِ جهان از گلولۀ انفجاري بيگ بنگ چيزي ظاهر شود، درست همانطور که با سرد شدنِ گرافين در آن ظاهر شد؟ هوراوا معادلات اينشتين را بهينه سازي کرد، بصورتي که تقارنِ لورنتس حذف شد؛ خاصيتي که سرعت نور را براي تمام مشاهده گران به طور ثابت حفظ مي کند؛ بطوري که مهم نيست با چه سرعتي حرکت مي کنند، در واقع زمان در خلاف درجه کاملأ يکسان کُند سپري مي شود. اين امر يک مجموعه از معادلات را براي هوراوا مطرح کرد که گرانش را در چارچوب يکسانِ کوانتوم همانند ديگر نيروهاي بنياديِ طبيعت توصيف کند: گرانش به علت ذرات کوانتومي که گراويتون ناميده مي شوند بصورت يک نيروي جاذب ظاهر مي شود، درست به همان صورتي که نيروي الکترومغناطيسي با فوتون ها حمل مي شود. او همچنين نسبيت عام را اصلاح کرد تا مسيرِ بهتري را از گذشته تا آينده براي “زمان” متصور شود، تکاملي کيهاني درست همانگونه که مشاهده مي کنيم. هوراوا گفت: «به طور ناگهاني عناصر جديدي براي اصلاح رفتارِ گرانش در فواصل بسيار کوتاه داريد.» نظريۀ هوراوا با دو نيم کردنِ تقارن بين فضا-زمان در واقع فيزيکِ سياهچاله ها را تغيير مي دهد – به ويژه سياهچاله هاي ميکروسکوپي را که ممکن است بالاترين انرژي ها را تشکيل دهند، يعني تشکيلِ اين سياهچاله ها و اين مسئله که آيا همانگونه هستند که در نسبيت عام به نظر مي رسند «يک پرسش بسيار بزرگ است. گرانشِ هوراوا همچنين به حلِ يکي از بزرگترين اسرارِ حل نشدۀ کيهان شناسيِ مدرن کمک مي کند: پازلِ مادۀ تاريک، اگر از معادلات حرکت ناشي از نسبيت عام کمي خارج باشند، مي توان سرعت هاي مشاهده شدۀ ستارگان و کهکشان ها را بدون نقشِ مادۀ تاريک توضيح داد. هوراوا مي گويد: «اين امکان وجود دارد که کسري از تصويرِ مادۀ تاريکِ جهان ناشي از اصلاحاتِ معادلات اينشتين باشد.» انرژي تاريک نيز به اين شرح ميباشد: نظرياتِ فيزيک ذره اي قدرتِ انرژي تاريک را حدودِ ۱۲۰ مرتبه بزرگتر از چيزي مي داند که مشاهده شده است، همچنين نسبيت عام نمي تواند اين اختلافِ زياد را توضيح دهد. اما نظريۀ “هوراوا” شامل پارامترهايي است که مي توان آنها را به گونه اي تنظيم کرد که انرژي خلأ که با فيزيکِ ذره اي پيش بيني شده را تا يک مقدار مثبتِ کوچک کاهش داد، که اين مقدار هم با حرکاتِ مشاهده شدۀ ستارگان و کهکشان ها منطبق است. پاسخ هاي نهايي در اين زمينه مي تواند با مشاهداتِ ارتقا يافتۀ سياهچاله هاي پرجرم بدست آيند – که شامل مناطقي با گرانش شديد است – که مي توانند اصلاحاتِ لازم، براي نسبيت عام را نشان دهند و نظريۀ گرانش کوانتوميِ هوراوا را اثبات کنند، درست به همان صورتي که اندازه گيري هاي توضيح داده نشده مدار عطارد نشان داد که قوانين نيوتن ناقص است و دري را براي نظريات اينشتين گشود. با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد