آیا زمان بازنویسی فیزیک فرا رسیده است؟

ککمیاب آنلاین: فیزیک دانان در مقاله ای تازه، قدمی مهم در امتداد حل یکی از پایدارترین مشکلات فیزیک نظری برداشته اند و آن متحد کردن گرانش با دنیای کوانتومی است. این نظریه جدید، گرانش کوانتومی را به واقعیت مبدل می کند و ممکنست موجب نقض نظریه اینشتین شود.

به گزارش کمیاب آنلاین به نقل از ایسنا، در مقاله ای که بتازگی در مجله «Reports on Progress in Physics» پخش شده، محققان بازبینی ای اساسی در نظریه گرانش ارایه کرده اند که می تواند راه را برای توصیفی کاملا سازگار با کوانتوم باز کند و آن هم بدون نیاز به ابعاد اضافی یا خاصیت های عجیب و غریب نظریه هایی مانند ریسمان است.
به نقل از اسپیس، در قلب این نظریه، بازتعریفی از رفتار گرانش در بنیادی ترین سطح وجود دارد. در صورتیکه نیروهای الکترومغناطیسی، ضعیف و قوی همگی با بهره گیری از نظریه میدان کوانتومی توصیف می شوند، گرانش هنوز یک نظریه کلاسیک باقیمانده است. نظریه نسبیت عام اینشتین گرانش را به عنوان خمیدگی فضا-زمان در اثر جرم و انرژی توصیف می کند. اما هر بار که دانشمندان تلاش نموده اند آنرا با مکانیک کوانتومی ترکیب کنند، با ناسازگاری های ریاضیاتی جدی مثل بروز احتمالات بی نهایت مواجه گشته اند.
نظریه جدید، میدان گرانشی را به روشی بازتعبیر می کند که ساختاری مشابه نظریه های میدان کوانتومی شناخته شده دارد. دکتر میکو پارتانن (Mikko Partanen)، یکی از نویسندگان مقاله از دانشگاه آلتو در فنلاند، می گوید: یافته کلیدی این است که نظریه ما راهی تازه برای توصیف گرانش کوانتومی فراهم می آورد که از نظر ساختاری شبیه به تعاملات بنیادی مدل استاندارد فیزیک ذرات است.
در این مدل، بجای انحنای فضا-زمان، گرانش بوسیله چهار میدان به هم پیوسته منتقل می شود که هر کدام مشابه میدان هایی هستند که نیروی الکترومغناطیسی را توصیف می کنند. این میدان ها به جرم همانطور واکنش نشان می دهند که میدان های الکتریکی و مغناطیسی به بار و جریان واکنش نشان می دهند. آنها همین طور با هم و با میدان های مدل استاندارد تعامل دارند، بطوریکه در سطح کلاسیک نسبیت عام را بازتولید می کنند و در عین حال اجازه می دهند اثرات کوانتومی نیز بطور سازگار در نظریه گنجانده شوند.
از آنجائیکه ساختار این مدل مشابه نظریه های موفق کوانتومی است، از مشکلات ریاضیاتی که بطور معمول در کوشش برای کوانتومی کردن نسبیت عام پدید می آیند مانند بروز بی نهایت های غیر فیزیکی یا احتمالات منفی اجتناب می شود.
یکی از مزایای مهم این نظریه، سادگی آنست. برخلاف خیلی از نظریه های گرانش کوانتومی که به ذرات ناشناخته یا نیروهای اضافی نیاز دارند، این مدل تنها با مفاهیم و ثابت های شناخته شده فیزیکی کار می کند.
بگفته پروفسور یوکا تولکی (Jukka Tulkki)، نویسنده همکار مقاله از دانشگاه آلتو می گوید: مزیت اصلی یا تفاوت مهم این نظریه با دیگر نظریه های گرانش کوانتومی این است که نیاز به ابعاد اضافی ندارد. ابعادی که هنوز هیچ شواهد تجربی مستقیمی از آنها وجود ندارد. همچنین، مدل ما نیاز به هیچ پارامتر آزاد جدیدی ندارد.
این خاصیت به این معناست که می توان نظریه را با آزمایش های موجود یا آینده آزمایش کرد، بدون آنکه منتظر کشف ذرات جدید یا بازنویسی قوانین فیزیکی باشیم.

نگاهی رو به جلو

با وجود خاصیت های امیدوارکننده، این نظریه هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد. بااینکه محاسبات اولیه نشان میدهد که نظریه در مقابل آزمون های سازگاری معمول خوب عمل می کند، اما اثبات کامل سازگاری آن هنوز نیاز به کار دارد.
علاوه بر این، این چارچوب هنوز برای پاسخ به تعدادی از عمیق ترین پرسش ها در فیزیک گرانشی مانند ماهیت واقعی تکینگی های سیاه چاله یا فیزیک مبدا کیهان به کار گرفته نشده است. دکتر پارتانن در این زمینه می گوید: نظریه هنوز توانایی پاسخ به این چالش های بزرگ را ندارد، اما پتانسیل آنرا در آینده دارد.
تایید تجربی این نظریه نیز کار دشواری خواهد بود. گرانش ضعیف ترین نیروی شناخته شده است و اثرات کوانتومی آن بسیار ظریف هستند. آزمایش مستقیم این اثرات با ابزارهای فعلی ممکن نیست.
با این وجود، چون این نظریه فاقد پارامترهای قابل تنظیم است، هر آزمایش آینده ای که رفتار گرانش کوانتومی را بررسی کند، می تواند بطور مستقیم آنرا تایید یا رد کند.
دکتر تولکی می گوید: آزمودن اثرات گرانش کوانتومی چالش برانگیز است، چونکه برهم کنش گرانشی بسیار ضعیف است.
اما بگفته پارتانن، با سرعت فعلی پیشرفت در نظریه و مشاهده، ممکنست چند دهه بطول بیانجامد تا شواهد تجربی مستقیمی برای گرانش کوانتومی به دست آوریم. گرچه شواهد غیرمستقیم ممکنست زودتر در دسترس قرار گیرند.
کار پارتانن و تولکی راهی تازه پیش پای نظریه پردازان باز کرده تا در جست وجوی نظریه ای کوانتومی برای گرانش، به مسیرهایی پای بگذارند که با چارچوب موفق فیزیک ذرات هم راستا هستند و در عین حال امکان گشودن تعدادی از عمیق ترین رازهای کیهان را دارند.

آخرین مطالب مرتبط