مانند توهّم شیرِ آب
The illusion of space and time
دکتر حسن بلوری
فشرده
اینشتین: “نیوتن، مرا ببخش آنگونه که فکر میکردی فضا ـ زمان مطلق نیست.” حال نظریه گرانش کوانتومی می‌گوید: “اینشتین، با عرض معذرت آنگونه که فکر میکردی فضازمان نه تنها پیوسته نیست بلکه اصولا فضازمانی وجود ندارد.”
از آنجا که رویدادهای طبیعی با بهره‌جوئی از مفهوم‌های فضا و زمان بیان می‌شوند روشن است که می‌باید پیش از همه شناخت درستی از این دو مفهوم داشت. در درجه اول لازم است نشان داده شود که اصولا فضا و زمان وجود دارند. اما همانگونه که می‌دانیم علم فیزیک با فرض وجود فضا و زمان، چه بصورت مطلق و چه بصورت نسبیتی، بنا شده است. بی‌آن‌که اصولا وجود آنها به‌عنوان مفهوم‌های پایه به اثبات رسیده باشد. بی‌شک یک چنین عملکردی را نمی‌توان اساسی و رضایت‌بخش دانست. با این همه ما شاهد کارآیی شایان توجه روش پیش‌‌گرفته در بخش‌های مختلف علمی و فنی هستیم. امری که بنوبه خود سبب باور ما به وجود فضا و زمان، جنب احساس و ادراک کلی ما از جهان (گیتی)، گشته است. ما در اینجا به‌شکل باور نکردنی شاهد توفیق در عمل بدور از شناخت واقعی از مفهوم‌های بکارگرفته، فضا و زمان، هستیم!
این‌که آیا فضا و زمان واقعا وجود دارند و یا تنها یک توهم است از دوران‌های دور، برای مثال در یونان باستان از جانب هراکلیت (۴۶۰ ـ ۵۲۰ پیش از میلاد) معتقد به تغییرپذیری جهان در سطوح گوناگون، ذکریای رازی هفتصد سال پیش از نیوتن و معتقد به فضا و زمان مطلق و همچنین در دوران نیوتن از قرن هفدهم تا اوایل قرن بیستم و از این تاریخ به‌صورت نسبیتی از جانب آلبرت اینشتین در شکل فضازمانِ چهاربعدی مطرح شده بی‌آن‌که به پاسخ نهائی رضایت‌بخشی دست‌یافته باشیم. بی‌شک یک چنین تاریخ طولانی برای فهم فضا و زمان نشان از اهمیت و جایگاه خاص آنها، به‌ویژه در فیزیک و فلسفه، دارد. در این مقاله می‌کوشم تا آنجا که دانش کنونی اجازه می‌دهد این دو مفهوم را ریشه‌یابی کنم.
پیشگفتار
در حال حاضر چنین به‌نظر می‌رسد که نظریه گرانش کوانتومی حلقه۴ بیش‌ترین شانس را در میان نظریه‌های (مدل‌های) مطرح برای وحدت نیروهای پایه و فهم مفهوم‌های فضا و زمان در علم فیزیک را دارد. این نظریه، مانند نظریه نسبیت، نه تنها باور ما به زمان گذشته، حال و آینده را به چالش می‌کشد بلکه اساسا فضا و زمان را به‌شکلی که تاکنون مطرح شده به‌عنوان مفهوهای بنیادی بشمار نمی‌آورد. و دلیل آن را بی‌اطلاعی ما از ویژگی‌های مادّه در محدوده‌ی پلانک (به اصطلاح “کفِ کوانتومی” یا “کفِ فضا ـ زمان”، Quantum foam) می‌داند.
زمان به‌شکلی که ما حس می‌کنیم و باور داریم در اصل مفهومی است تقریبی حاصل از تغییرات مادّه (کنش و واکنش‌های میان اجسام) در ابعاد بزرگتر از محدوده‌ی زمان پلانک (برابر با ۴۳–۱۰ ثانیه). یعنی، در ابعادی که اصل عدم قطعیت (فیزیک کوانتوم) قابل اغماض است. به عبارت دیگر، تغییرات (حرکت) هستند که در ما حس زمان (زمان تقریبی)، جهت‌دار بودن و جاری شدن آن را ایجاد می‌کند.
نظریه گرانش کوانتومیِ حلقه بر این باور است که فضا از ذرات بی‌نهایت ریز (کوانتای فضا یا “اتم‌های فضا”۵) تشکیل شده است. و در ابعاد بزرگتر از محدوده‌ی پلانک، یعنی خارج از دایره‌ی اصل عدم قطعیت، به‌شکلی که فیزیک کلاسیک (نیوتنی، نسبیتی) بیان می‌دارد است. مثال: سطح یک میز بسیار صاف را در نظر می‌گیریم. مشاهده‌ی سطح میز با ابزار دقیق‌تر نسبت به چشم مانند میکروسکوپ نشان می‌دهد که سطح آن نه تنها صاف نیست بلکه بسیار هم ناهموار است. ناهمواری آن بمراتب شدیدتر نمایان می‌شود وقتی ما از ابزار قوی‌تری مانند میکروسکوپ الکترونی استفاده کنیم. در این‌صورت ما شاهد پستی و بلندی‌های غیرقابل تصوری خواهیم بود و اثری از سطح صاف مشاهده نخواهیم کرد. حال تجسم کنیم که ما تنها این شکل بشدت ناهموار از ماده را می‌شناختیم. آیا در آن‌صورت می‌توانستیم تصور کنیم که از چنان اجزاء ناهمواری می‌تواند چیزی به نام سطح صاف شکل بگیرد؟ مشابه چنین حالتی را نظریه گرانش کوانتومی حلقه برای شکل‌گیری فضا از “اتم‌های فضا” تصور می‌کند.
تذکر: نظریه گرانش کوانتومی حلقه توانست در فاصله سال‌های ۱۹۸۰ تا ۲۰۰۰ برپایه فرمولاسیون همیلتونی نظریه نسبیت عام به نام ADM (مخفف حروف اول نام ۳ ارائه کننده‌ی آن Arnowtt, Deser, Misner) از سال ۱۹۵۹ که نقش مهمی در گرانش کوانتومیِ کانونی دارد و همچنین بر پایه گرانش کوانتومی آشتکار (Ashtekar-Quantengravity) به موفقیت‌هائی دست‌یابد. اما از آن زمان تاکنون پیشرفت محسوسی نکرده است، به این دلیل که آزمایش‌های گرانش کوانتومی آشتکار در محدوده‌ی طولِ پلانک (“کفِ کوانتومی”) ناموفق بودند. جانشین این نظریه (توسعه‌یافته و موفق)، به نام ’گرانش کوانتومی آشتکار ـ کُداما‘ (Ashtekar-Kodama-Quantengravity) است. شاید این نظریه بتواند مسئله‌ی فضا و زمان در محدوده‌ی پلانک را توضیح دهد و به آرزوی دیرینه‌ی فیزیکدان‌ها، وحدت نیروهای پایه در علم فیزیک، جامه عمل بپوشاند.
لازم به ذکر است که اینشتین در سال ۱۹۱۶، یعنی یک سال پس از ارائه نظریه نسبیت عام، خواهان اصلاح نظریه جدید خود و الکترودینامیک ماکسول از جانب نظریه کوانتوم می‌شود. اینشتین نزدیک به ده سال پیش از (!) ارائه مکانیک کوانتوم در این‌باره می‌نویسد:
“اتم‌ها می‌بایستی به‌خاطر حرکت الکترون‌های درونی نه تنها تابش انرژی الکترومغناطیسی بلکه همچنین تابش انرژی گرانشی کنند، هرچند به مقدار ناچیز. اما از آنجا که در حقیقت چنین چیزی در طبیعت نمی‌تواند باشد*، به‌نظر می‌رسد که نظریه کوانتوم می‌باید نه تنها الکترودینامیک ماکسول بلکه همین‌طور نظریه گرانشی جدید را تغییر دهد.”
*توضیح: چراکه در غیراین‌صورت به‌خاطر تابش انرژیِ الکترون‌ها ساختار اتم‌ها بهم می‌ریزد و دیگر امکان شکل‌گیری انواع ملکول‌ها و با آن اشکال مختلف ساختارها در گیتی از جمله ما انسان‌ها نبود.
به کانال تلگرام سایت ملیون ایران بپیوندید