۰۹ خرداد ۱۳۹۶

آیا جهان یک هولوگرام خیلی بزرگ است؟

آیا جهان یک هولوگرام خیلی بزرگ است؟

جهان  هولوگرام

اگر از ناحیه جنوبی شهر ‌هانوفر در آلمان عبور کنید، قادر به دیدن پروژه “جی ای اُ ۶۰۰” نخواهید بود. از نمای دور عظمت این پروژه چندان به چشم نمی‌آید. اما هر چه به آن نزدیک می‌شویم، مجموعه‌ای از ساختمان‌های موقتی و مکعبی شکل نمایان می‌شوند که در آن، دو کانال طولانی و پوشیده با آهن کرکره‌ای در یک زاویه قائمه به هم رسیده‌اند. در قسمت پایین ورقه‌های آهنی، یک آشکارساز به طول ۶۰۰ متر قرار دارد.

در هفت سال گذشته، این پروژه آلمانی به دنبال موج‌های خفیف گرانشی در فضا- زمان بوده است، موج‌هایی که در پی اجرام نجومی ‌ابرچگال می‌آیند، مانند ستاره‌های نوترونی و سیاه‌چاله‌ها. جی ای اُ ۶۰۰، تا به حال نتوانسته است امواج گرانشی را آشکارسازی کند، اما ناخواسته به کشف بسیار مهمی ‌در علم فیزیک در نیم قرن حاضر رسیده است.

 اعضای گروه جی ای اُ ۶۰۰ ماه‌ها در جست‌وجوی منشا نویزی بودند که آشکارساز عظیم‌شان را مختل کرده بود؛ اما توضیح قابل قبولی را نتوانستند در این زمینه ارائه دهند. هم‌زمان با فعالیت‌های اعضای گروه مذکور، فیزیکدانی با نام “هوگان” از آزمایشگاه فرمی ‌در ایالات متحده، نظریه‌ای را در مورد نویز ارائه کرد. به گفته وی، جی ای اُ ۶۰۰ به طور اتفاقی به اساسی‌ترین حد فضا- زمان برخورد کرده است، همان نقطه‌ای که در آن فضا- زمان دیگر دارای ویژگی پیشنهادی اینشتین، ویژگی پیوستار ملایم و بدون اصطکاک، نخواهد بود، بلکه تبدیل به ذره می‌شود. درست همانند زمانی که اگر روی عکس چاپ شده در روزنامه تمرکز کنیم، تبدیل به الگویی نقطه نقطه خواهد شد.  

هوگان می‌گوید: “این پدیده شبیه این است که جی ای اُ ۶۰۰ تحت ضربه کوانتوم‌های میکروسکوپی فضا- زمان قرارگرفته است.”

اگر این ادعا شما را خیلی شگفت زده نکرده، بهتر است بدانید هوگان شگفتی بزرگ دیگری را نیز در آستین دارد: “اگر نتیجه پروژه جی ای اُ ۶۰۰ همان باشد که من حدس می‌زنم، در این صورت ما در یک هولوگرام بزرگ کیهانی زندگی می‌کنیم.” این فکر که ما در یک هولوگرام بزرگ زندگی می‌کنیم شاید معقول به نظر نیاید، اما این امر یک تعمیم طبیعی از بهترین دانسته‌های ما در مورد سیاه‌چاله‌هاست و حتی شاید بتوان گفت که ادعایی با یک پایه نظری تقریبا محکم است. جالب است بدانیم که این نتیجه‌گیری، برای فیزیکدانان درگیر با نظریه‌های مربوط به سازوکار بنیادین عالم نیز بسیار مفید بوده است.

هولوگرام‌هایی که شما روی کارت‌های اعتباری و اسکناس می‌بینید، روی پوسته پلاستیکی دو بعدی چاپ شده‌اند و وقتی نور تابیده شده به آنها بازگردانده می‌شود، تصویری سه بعدی را خلق می‌کند. در دهه ۱۹۹۰ دو فیزیکدان “لئونارد ساسکیند” و “جرارد تهوفت” (برنده جایزه نوبل) اظهار داشتند که می‌توان اصل هولوگرافی را به کل جهان اعمال کرد. شاید تجربه‌های روزانه ما خودشان تجسم هولوگرافیک از فرایند‌های فیزیکی باشند که روی یک سطح مبهم دو بعدی اتفاق می‌افتند.

“اصل هولوگرافی” درک ما را از مسائل به چالش می‌کشاند. سخت است باور کردن این موضوع که از خواب بیدار شدن، مسواک زدن و حتی مطالعه خود این مقاله، به خاطر اتفاقاتی است که در مرز عالم به وقوع می‌پیوندند. هیچکس نمی‌داند زندگی در یک هولوگرام برای ما چه معنایی خواهد داشت. با این وجود، نظریه‌پردازان دلایل خوبی را برای اثبات درستی بسیاری از جنبه‌های اصل هولوگرافی در دست دارند.

ساسکیند و تهوفت تحت تاثیر تلاش‌های اولیه و نوین “یاکوب بکنشتاین” و استفن‌ هاوکینگ در مورد سیاه‌چاله‌ها، نظریه فوق را ارائه کردند.  

در نیمه دهه ۱۹۷۰‌ هاوکینگ نشان داد که سیاه‌چاله‌ها در حقیقت کاملا “سیاه” نیستند، در عوض به آرامی ‌پرتو ساطع می‌کنند که این عمل باعث بخار شدن و سرانجام ناپدید شدن آنها می‌شود. این خود یک معماست، چرا که پرتو‌ هاوکینگ هیچ‌گونه اطلاعاتی در مورد داخل سیاه‌چاله نمی‌دهد. با از بین رفتن سیاه‌چاله، تمامی ‌اطلاعات مربوط به ستاره‌ای که متلاشی شدن آن به ایجاد سیاه‌چاله انجامیده بود نیز از میان خواهد رفت، که این مسئله در تناقض با اصل مشهود “زوال‌ناپذیری اطلاعات” است. این پدیده به عنوان “تناقض اطلاعات سیاه‌چاله‌ها” شناخته شده است.

تلاش‌های بکنشتاین سرنخ مهمی ‌در حل این تناقض به شمار می‌آید. او کشف کرد که کهولت یک سیاه‌چاله (نشان‌دهنده میزان اطلاعات درونی سیاه‌چاله) با مساحت سطحِ افق رویداد متناسب است. سطح فرضی افق رویداد، سیاه‌چاله را پنهان می‌کند و مکان غیر قابل بازگشت برای ماده و نورِگیر‌افتاده در آن را مشخص می‌کند. از آن پس، نظریه‌پردازان نشان داده‌اند که حرکات موجی کوانتومی‌ میکروسکوپی (ریزمقیاس) در افق رویداد می‌تواند اطلاعات داخل سیاه‌چاله را رمزگشایی کند، بنابراین می‌توان گفت که اطلاعات ناشناخته سیاه‌چاله را قبل از ناپدید شدن آن، در دست خواهیم داشت.

اساسا، این یک درون‌بینی عمیق فیزیکی است. می‌توان اطلاعات سه بعدی پیش ستاره‌ای را با استفاده از اطلاعات سیاه‌چاله -که با مرگ این ستاره تشکیل خواهد شد- در افق دو بعدی آن رمزگشایی کرد، که بی‌شباهت به رمزگشایی تصویر سه بعدی شیئی در یک هولوگرام دو بعدی نیست. ساسکیند و تهوفت این درون‌بینی را به کل جهان تعمیم دادند، بر این اساس که کیهان نیز دارای مرز است؛ مرزی که نور از آن زودتر از ۷/۱۳ میلیارد سال به ما نخواهد رسید. علاوه بر این، مطالعات به عمل آمده از سوی گروهی از نظریه پردازان، به ویژه “خوان مالداسینا” از موسسه مطالعات پیشرفته در پرینستون، موید درستی این ایده است. او نشان داد که فیزیک جهان فرضی با ۵ بعد، مانند همان فیزیکی است که در مرز ۴ بعدی اتفاق می‌افتد.

به گفته هوگان، اصل هولوگرافی اساسا تصویر ما را از فضا- زمان تغییر می‌دهد. فیزیکدانان نظری باور داشته‌اند که تاثیرات کوانتومی ‌باعث خواهند شد تا فضا- زمان به تندی تا کوچک‌ترین ذره تکان بخورد. در این بزرگنمایی، بافت و اساس فضا- زمانْ ذره‌ای، و نهایتا مانند واحد‌های ریز شبیه پیکسل ، اما ۱۰۰ میلیارد میلیارد بار کوچک‌تر از یک پروتون خواهد شد. این مقیاس با عنوان “طول پلانک” (که فقط۳۵-۱۰ متراست) شناخته می‌شود. طول پلانک کوچک‌تر از آن است که بتوان با فناوری امروز آن‌را مورد آزمایش عملی قرار داد، بنابراین حتی نمی‌توان دیدن ذرات فضا- زمان را تصور کرد.

البته دیدگاه فوق فقط تا زمانی مورد تایید بود که هوگان پی‌برد اصل هولوگرافی همه چیز را تغییر می‌دهد. اگر فضا- زمان یک هولوگرام ذره‌ای باشد، شما می‌توانید جهان را مانند کره‌ای در نظر بگیرید که سطح خارجی آن پوشیده از مربع‌هایی به اندازه طول پلانک است و هر کدام حاوی یک بیت از اطلاعات کل هستند. اصل هولوگرافی می‌گوید مقادیر اطلاعاتی که سطح بیرونی را پوشش می‌دهند، باید با تعداد بیت‌هایی که داخل حجم جهان هستند، متناسب باشند.

از آنجایی که حجم جهان کره‌ای شکل بسیار بیشتر از مساحت سطح خارجی‌اش است، چگونه این تناسب می‌تواند صحیح باشد؟ هوگان دریافت که برای داشتن تعداد بیت‌های مساوی در سطح و داخل جهان ، جهان داخل باید از ذراتی بزرگ‌تر از اندازه طول پلانک تشکیل شده باشد، که این موضوع، نشان‌دهنده مبهم بودن جهان هولوگرافی است.

این خبری خوب برای هر کسی است که قصد کاوش در کوچک‌ترین واحد فضا- زمان را دارد. هوگان می‌گوید: “برخلاف تمام انتظارات، ساختار میکروسکوپی کوانتومی ‌در طول آزمایش‌های موجود به چشم می‌آید.” چون بررسی طول پلانک در آزمایش‌ها ممکن نیست، پس تجسم هولوگرافی از ذرات می‌تواند بسیار بزرگ باشد، حدود ۱۶-۱۰ متر. او می‌گوید: “اگر شما داخل یک هولوگرام زندگی می‌کردید، می‌توانستید اندازه دقیق را به وسیله اندازه گرفتن لکه بفهمید.”

وقتی هوگان برای اول بار به این موضوع پی برد، این سوال برایش پیش آمد که آیا می‌توان لکه‌های هولوگرافی فضا- زمان را آشکار کرد. این درست زمانی است که جی ای اُ ۶۰۰ به کمک هوگان می‌آید.

آشکارساز‌های امواج گرانشی مانند جی ای اُ ۶۰۰، اساسا اندازه‌گیر‌های بسیار حساسی هستند. باور بر این است که اگر موج گرانشی در طول جی ای اُ ۶۰۰ عبور کند، متناوبا فضا را در یک جهت منبسط کرده و در جهت دیگر می‌فشارد. از این رو، اعضای گروه جی ای اُ ۶۰۰  یک تک لیزر را در طول آینه نیمه نقره‌اندود شده به نام شکاف‌دهنده باریکه، برانگیختند. شکاف‌دهنده پرتو نور را به دو باریکه تقسیم می‌کند که از بازوی۶۰۰ متری عمودی دستگاه پایین رفته و بازتاب داده می‌شوند. باریکه‌های نور بازتاب شده، در شکاف‌دهنده باریکه ادغام می‌شوند و در نقطه‌ای که امواج نور همدیگر را حذف یا تقویت می‌کنند، یک الگوی تداخلی از نواحی روشن و تاریک را ایجاد می‌کنند. هر گونه تغییر موقعیت این نواحی، بیانگر تغییرات فاصله‌های نسبی بازوهاست.

هوگان می‌گوید: “مسئله کلیدی این است که چنین آزمایش‌هایی، به تغییراتی در حد کوچک‌تر از قطر پروتون در طول اندازه‌گیرها نیز حساس‌اند. پس آیا آنها قادر به نمایان ساختن تجسمی ‌از ذرات فضا- زمان هستند؟” از پنج آشکارساز امواج گرانشی در دنیا، هوگان دریافت که آزمایش جی ای اُ ۶۰۰ نسبت به آن چیزی که ما در ذهن داریم، بهترین خواهد بود.

او پیش‌بینی کرد که اگر شکافنده باریکه آزمایش در اثر تکان کوانتوم‌های فضا- زمان دچار تشنج شود، این تغییر در اندازه‌گیری‌ها نمایان خواهد شد. وی می‌گوید: “این حرکت نامنظم غیرمنتظره باعث ایجاد نویز در سیگنال نور لیزر خواهد شد.” وی می‌گوید: “به طور باور نکردنی، متوجه شدم که نویز‌های پیش‌بینی نشده‌ای، آزمایش جی ای آُ ۶۰۰ را مختل می‌کند.” مدیر پروژه جی ای اُ ۶۰۰، “کارستن دانزمن”، اقرار می‌کند که اختلال اضافی، با فرکانس ۳۰۰-۱۵۰۰ هرتز، مدت طولانی است که گروه را آزار می‌دهد. او برای هوگان نمونه‌ای از اختلال را فرستاد. هوگان می‌گوید: “دقیقا شبیه پیشگویی من بود! طوری بود که گویی شکافنده باریکه، حرکات نامنظم اضافی داشت.” به طور باورنکردنی، آزمایش، نویز غیرمنتظره را افزایش می‌داد؛ گویی تشنج‌ها و تکان‌های کوانتومی ‌باعث حرکات نامنظم اضافی می‌شدند. هیچ کس حتی هوگان تا به حال ادعایی نکرده‌اند که جی ای اُ ۶۰۰ مدرکی دال بر زندگی ما در یک جهان هولوگرافی یافته باشد. اظهار مطلبی در این مورد هنوز خیلی زود است. هوگان اقرار می‌کند که هنوز هم باید یک پاسخ معقول‌تر وجود داشته باشد.

 
نویسندگان:

ترجمه: مهدیه نیرومند شیشوان

ترجمه: نگار نوحه‌خوان شیشوان

منابع کتابی :

منبع: نیوساینتیست، شماره ۲۶۹۱

درباره نویسنده

مُصْطَفی اسدی (1415 ه.ق) هستم ، دانشجوی مهندسی برق . موضوعات مذهبی ، اعتقادی ، فکری ، ادبی بویژه شعر ، فیزیکی ، تکنولوژی ، سایبری ، رسانه‌ای و فرهنگی را دنبال می کنم. به نوشتن ، خواندن ، تحقیق ، یاد گرفتن ، یاد دادن ، برنامه نویسی و طراحی علاقه دارم . برای تفریح می نویسم ، مطالعه میکنم ، تحقیق میکنم ، یاد میگیرم و تلاش می کنم یاد بدم ، چند خط کد می نویسم و اگر مجالش باشه طراحی میکنم.

مطالب مرتبط

0 نظر

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *