ماهیت نیروی جاذبه چیست؟

خبرآنلاين/ گرانش، نيروي مرموزي است که هرچند نظريه نسبيت عام اينشتين، آن‌را به خوبي توصيف مي‌کند؛ اما منشا آن کماکان ناشناخته است. آيا مي‌توان جهت‌گيري آرايش اطلاعات اجسام مادي را در فضا عامل گرانش دانست؟ محمود حاج‌زمان: اگرچه نيروي جاذبه ابتدا توسط قوانين نيوتن و سپس نسبيت عام اينشتين به خوبي توصيف شد، با اين وجود ما هنوز نمي‌دانيم چگونه خواص بنيادين جهان با هم ترکيب مي‌شوند و اين پديده را ايجاد مي‌کنند. اريک ورليند از دانشگاه آمستردام هلند، رويکرد جديدي را براي توصيف نيروي جاذبه پيشنهاد کرده است. اين فيزيکدان نظري و از تئوريسين‌هاي برجسته نظريه ريسمان، استدلال مي‌کند که جاذبه گرانشي ممکن است ناشي از جهت آرايش اطلاعات اجسام مادي در فضا باشد. وي مي‌گويد: «از نظر من به عنوان يک فيزيکدان، اين بسيار متقاعد کننده است.» اولين، دوربردترين و تنهاترين نخستين بار نيوتن با در نظر گرفتن جاذبه به عنوان نيروي بين اجسام، نشان داد که جاذبه چطور در مقياس‌هاي بزرگ عمل مي‌کند. سپس اينشتين ايده‌هاي نيوتن را در نظريه نسبيت عام خود اصلاح کرد. وي نشان داد که توصيف جاذبه به‌وسيله انحناي چارچوب فضا-زمان توسط يک جسم، بهتر انجام مي‌شود. همه ما ازآن‌رو به سمت زمين کشيده مي‌شويم که جرم سياره، چارچوب فضا-زمان پيرامون خود را خم کرده است. اما اين پايان ماجرا نيست. اگرچه نيوتن و اينشتين بينش عميقي را براي درک نيروي جاذبه فراهم کردند، اما قوانين آنها تنها توصيف‌هاي رياضي است. اين نظريه‌ها تنها نحوه عملکرد جاذبه را تشريح مي‌کنند، بدون اين‌که بگويد جاذبه از کجا مي‌آيد. فيزيکدانان نظري تلاش زيادي را براي ايجاد ارتباط بين نيروي جاذبه با ديگر نيروهاي بنيادين شناخته شده جهان انجام داده‌اند. مدل استاندارد فيزيک که بهترين چارچوب ما براي توصيف دنياي زيراتمي است، شامل نيروي الکترومغناطيسي و نيروهاي هسته‌اي قوي و ضعيف است؛ اما نيروي جاذبه را دربر نمي‌گيرد. بسياري از فيزيکدانان نسبت به اين‌که مدل استاندارد فيزيک بتواند در برگيرنده نيروي جاذبه باشد، ترديد دارند. نيروي گرانش را مي‌توان بوسيله عملکرد ذرات فرضي گراويتون توصيف کرد، اما تاکنون مدرکي دال بر وجود اين ذرات به‌دست نيامده است. ضعف جنبه گرانشي نظريه‌هاي موجود، از دلايل اصلي ارائه تئوري‌هاي جديد مانند نظريه ريسمان و گرانش کوانتومي در دهه‌هاي اخير بوده است. آنتروپي، گرانش و هولوگرافي کارهاي ورليند، رويکرد جديدي را براي بررسي مساله گرانش پيشنهاد مي‌کند. بنابر اعتقاد وي گرانش پديده‌اي است که از خواص بنيادين فضا و زمان ايجاد مي‌شود. براي درک نگرش پيشنهادي ورليند، مفهوم سياليت آب را در نظر بگيريد. مولکول‌هاي منفرد آب هيچ سياليتي ندارند، اما مجموعه اين مولکول‌ها در کنار يکديگر خاصيت سياليت آب را به وجود مي‌آورد. به‌طور مشابه، نيروي گرانشي جزو خواص ذاتي مواد نيست. اين نيرو يک اثر اضافي فيزيکي است که از اندرکنش جرم، فضا و زمان ايجاد مي‌شود. ايده وي درباره نيروي جاذبه به عنوان يک نيروي آنتروپي، بر اصل اول ترموديناميک استوار است که در حوزه نامتعارفي از توصيف فضا-زمان که هولوگرافي ناميده مي‌شود، عمل مي‌کند. هولوگرافي در فيزيک نظري، داراي اصول مشابه برچسب هولوگرام موجود بر روي اسکناس است. در اين روش تصاوير سه‌بعدي در يک سطح دوبعدي جا داده شده است. مفهوم هولوگرافي در فيزيک در دهه 1970، توسط استيفن و جاکوب بکنشتين توسعه يافت تا بتواند خواص سياهچاله‌ها را توصيف کند. کارهاي آنها به مفهومي منجر شد که بر اساس آن، يک کره فرضي مي‌تواند اطلاعات لازم را درباره جرم داخلش در خود ذخيره کند. در دهه 1990 ميلادي / 1370 شمسي، هوفت و لئونارد ساسکيند از دانشگاه استنفورد پيشنهاد کردند که اين چارچوب مي‌تواند به تمام جهان تعميم داده شود. اصل هولوگرافيک پيشنهادي آنها در بسياري از تئوري‌هاي بنيادين علم فيزيک مورد استفاده قرار مي‌گيرد. ورليند از اين اصل هولوگرافيک استفاده کرد تا دريابد که براي يک جرم کوچک، در فاصله مشخصي از يک جسم بزرگ‌تر مانند يک ستاره يا سياره چه اتفاقي مي‌افتد. وي نشان داد که جابه‌جايي اندک اين جسم کوچک به معناي تغيير محتواي اطلاعات يا آنتروپي در سطح هولوگرافيک فرضي بين دو جسم است. اين تغيير اطلاعات با تغييرات انرژي سيستم مرتبط است. ورليند از اصول آماري براي درنظر گرفتن تمام حرکات ممکن جرم کوچک و تغييرات انرژي مربوط به آن استفاده کرد. وي کشف کرد که از نظر ترموديناميکي، حرکت جسم کوچک به سمت جسم بزرگ‌تر محتمل‌تر از ساير جابه‌جايي‌ها است. اين اثر را مي‌توان به صورت يک نيروي خالص که هر دو جسم را به سمت يکديگر مي‌کشد، نگاه کرد. فيزيکدانان اين را نيروي آنتروپي مي‌نامند؛ زيرا از تغييرات محتواي اطلاعات سرچشمه مي‌گيرد. با ايجاد ارتباط بين محتواي انرژي و رابطه معروف اينشتين براي جرم و انرژي، قانون جاذبه نيوتن مستقيما استخراج مي‌شود. اين نسخه نسبيتي تنها گام کوچکي به جلو به حساب مي‌آيد و مي‌تواند براي هر دو جسم اعمال شود. ورليند مي‌گويد: «يافتن مجدد قوانين نيوتن مي‌تواند يک تطابق خوش‌يمن باشد.» چرا کسي زودتر به اين فکر نيفتاده بود؟ مقاله ورليند ستايش برخي از فيزيکدانان را به دنبال داشته‌است. رابرت ديجگراف از رياضي‌فيزيک‌دانان برجسته دنيا در دانشگاه آمستردام، ظرافت مفاهيم کار ورليند را تحسين مي‌کند. وي مي‌گويد: «مساله تعجب‌آور اين است که هيچ کسي قبلا به اين موضوع فکر نکرده است. اين ايده بسيار ساده و متقاعد کننده به نظر مي رسد.» اما برخي از فيزيکدانان نظرات مخالفي دارند. برخي اعتقاد دارند که ورليند در استخراج معادلات خود، به دليل اينکه از خود جاذبه شروع کرده، دچار استدلال دور شده است. برخي ديگر نيز نگراني‌هايي را در خصوص رياضيات ناچيز مورد استفاده ورليند ابراز کرده‌اند. استنلي دسر از دانشگاه برندايس ماساچوست، که کارهايش باعث گسترش قلمرو نسبيت شده مي‌گويد: «به‌نظر مي‌رسد کار ورليند يک راه اميدبخش است. اما کارهاي وي تمام عقايد تعصب‌آميز ما را درباره نيوتن و هوک تا اينشتين به چالش مي‌کشد، چيزي که قبول آن خيلي سخت است.» ورليند تاکيد مي‌کند که مقاله وي تنها گام نخست در اين موضوع است. وي مي‌گويد: «ايده من هنوز در حد يک نظريه نيست، اما پيشنهادي براي براي يک الگو يا چارچوب جديد است. قسمت سخت کار تازه آغاز شده است.» با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد