آیا فضازمان یک شاره است؟

* اگر فضازمان گونه ای شاره (fluid) باشد چه می شود؟ آپا چنین چیزی نسبیت خاص را نقض می کند؟

این پرسش توسط چند فیزیکدان نظری مطرح شده که در حال پژوهش بر روی گرانش کوانتومی هستند و با پدید آوردن مدل هایی، در تلاش برای آشتی دادن گرانش و مکانیک کوانتوم‌اند. برخی از این مدل ها پیش بینی می کنند که فضازمان در مقیاس پلانک (۱۰ به توان منفی ۳۳ سانتی متر) دیگر "پیوسته" نیست - چیزی که فیزیک کلاسیک می گوید- بلکه سرشتی "گسسته" دارد. درست مانند مایع ها یا جامدهایی که هر روز با آن ها در تماسیم و اگر بشود با بزرگنمایی کافی بررسی‌شان کنیم، آن ها را پیکره هایی ساخته شده از اتم ها و مولکول ها خواهیم دید. پیامد کلی وجود چنین ساختاری در انرژی های بسیار بالا، نقض نسبیت خاص انیشتین (یک بخش جدایی ناپذیر نسبیت عام) خواهد بود.
آیا "شاره" بودن فضازمان، نسبیت خاص را نقض می کند؟
در این چارچوب نظری، چنین پیشنهاد شده که فضازمان می بایست رفتاری همچون یک شاره داشته باشد. در این مفهوم، نسبیت عام چیزی همانند هیدرودینامیک شاره ها خواهد بود که رفتار شاره ها را در سطح میکروسکوپی توصیف می کند ولی به ما چیزی درباره ی اتم ها/مولکول هایی که آن ها را ساخته نمی گوید. به همین ترتیب، بر پایه ی برخی مدل ها، نسبیت عام هم چیزی درباره ی "اتم"هایی که فضازمان را ساخته نمی گوید ولی دینامیک فضازمان را به گونه ی یک جسم "کلاسیک" توصیف می کند. بنابراین فضازمان باید پدیده ای باشد که خود از اجزای بنیادی تری درست شده باشد، درست مانند آب که ما آن را از جرم مولکول های H2Oای که آن را ساخته اند درک و دریافت می کنیم.

استفانو لیبراتی، استاد مدرسه ی بین المللی پژوهش های پیشرفته (SISSA) در تریست، و لوکا ماکیونه، یک دانشمند پژوهشگر در دانشگاه لودویک ماکسیمیلیان مونیخ، روش های نوآورانه ای با بهره از پیامدهای ذرات بنیادی و اخترفیزیکِ انرژی بالا پدید آورده اند تا به کمک آن ها، اثرهایی که در صورت شاره بودن فضازمان باید دیده شود را توصیف کنند. لیبراتی و ماکیونه همچنین نخستین آزمون های دیداری برای این پدیده را نیز ارایه کرده اند. پژوهشنامه ی آن ها به تازگی در نشریه ی Physical Review Letters منتشر شده.

مکانیک کوانتوم می تواند به گونه ای کارآمد سه نیرو از چهار نیروی بنیادی کیهان را توضیح دهد (الکترومغناطیس، برهم کنش ضعیف، و برهم کنش قوی). ولی گرانش که اکنون تنها با نسبیت عام، یک نظریه ی گسترش یافته در قلمروی فیزیک کلاسیک، شرح داده می شود را توضیح نمی دهد. بنابراین شناسایی یک مدل پذیرفتنی از گرانش کوانتوم (توصیفی از گرانش در چارچوبی از فیزیک کوانتوم) یکی از چالش های بزرگیست که فیزیک امروزه با آن روبرو است. ولی با وجود مدل های بسیاری که تاکنون پیشنهاد شده اند، هیچ یک رضایت بخش یا، از آن مهم تر، پاسخ پذیر از راه آزمون های تجربی نبوده. پژوهش هایی مانند پژوهش لیبراتی و ماکیونه ابزارهای تازه ای جهت ارزیابی ارزش سناریوهای ممکن برای گرانش کوانتومی فراهم می کند.

در گذشته هم مدل هایی که فضازمان را همچون شاره ای که از هَستارهای (entity) بنیادین تری پدید می آید در نظر می گرفتند ارایه شده؛ ولی آن ها [تنها] اثرهایی را بررسی می کردند که به تغییر در انتشار و پخش فوتون ها که بسته به انرژی‌شان، با سرعت های گوناگونی حرکت می کنند می انجامد. ولی ماجرا بیش از این هاست. به گفته ی لیبراتی: «اگر ما اندیشه ی همانندی فضازمان با شاره ها را پی بگیریم، معنا ندارد که تنها انتظار دیدن این گونه تغییرات را داشته باشیم. اگر فضازمان گونه ای شاره باشد، پس ما باید گرانروی و دیگر اثرهای اُفتالی (اتلاف کننده) که تاکنون هرگز با جزییات در نظر گرفته نشده اند را هم به حساب آوریم.»

لیبراتی و ماکیونه فهرستی از این اثرها تهیه کرده و نشان داده اند که گرانروی تمایل دارد تا فوتون ها و دیگر ذرات را در مسیرشان به سرعت پراکنده کند. لیبراتی می افزاید: «و با این حال ما می توانیم فوتون هایی را ببینیم که از اجرام اخترفیزیکی در میلیون ها سال نوری آنسوتر می آیند! اگر فضازمان یک شاره باشد، پس با توجه به محاسبه های ما لزوما باید یک ابَرشاره باشد. این بدان معناست که مقدار گرانروی آن به شدت پایین است، چیزی نزدیک به صفر.»

لیبراتی ادامه می دهد: «ما همچنین اثرهای افتالی ضعیف تر دیگری را هم پیش بینی کردیم؛ اثرهایی که شاید بتوانیم در مشاهدات اخترفیزیکی آینده آن ها را ببینیم. اگر چنین شود، سرنخ نیرومندی برای پشتیبانی از مدل های گسسته ی فضازمان خواهیم داشت.» وی در پایان نتیجه می گیرد: «با فناوری های نوین اخترفیزیک زمان آن رسیده که گرانش کوانتوم را از یک دیدگاه صرفا پنداشتی در آورده و به یک دیدگاه پدیدارشناسانه بیاوریم. نمی شود زمانی هیجان انگیزتر [از اکنون] برای کار روی گرانش تصور کرد.»

واژه نامه:
spacetime - fluid - quantum gravity - quantum mechanics - Planck scale - atom - molecule - Einstein - special relativity - general relativity - fluid hydrodynamics - H2O - Stefano Liberati - International School for Advanced Studies - SISSA - Luca Maccione - Ludwig-Maximilian University - elementary particle physics - astrophysics - Physical Review Letters - electromagnetism - weak interaction - strong interaction - gravity, - classical physics - photon - viscosity - dissipative effect - superfluid - speculative - phenomenological

منبع: sciencedaily

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه