Quantum spacetime
فضازمانِ کلاسیک۵ درک ما از جهانِ هستی را بشدت تغییر داده است. فضازمانِ کوانتومی فراتر میرود و نشان میدهد که فضازمان نه پیش از بلکه پس از رویدادهای کوانتومی میآید و اینکه اصل عدم قطعیت بدون درنظرگرفتن گرانش صحت ندارد.
فشرده
نظریهٔ فضازمانِ کوانتومی سعی در توصیف منشاء، شیوهی شکلگیری و چیستی فضا و زمان از نواسانات کوانتومی، در راستای کوانتیزاسیون هندسه در مقیاس پلانک (۳۵–۱۰ ˑ ۱٫۶۱۶متر) دارد. این نظریه، بعکس نظریههای موجود، یعنی نظریه نسبیت عام و نظریه کوانتومی، فضا و زمان را برای توصیفِ جهان هستی پیشفرض نمیکند. دیدگاهی که در صورت عملی شدن، بهمعنای ایجاد وحدت میان دو نظریه مزبور در شکل نظریه گرانش کوانتومی نیز میباشد.
دانش و تصویر کنونی ما از جهان هستی متکی بر یافتههاییست که با یاری دو نظریه نامبرده با پیشفرض فضا و زمان بدست آمدهاند. بیآنکه وجود و چیستی چنان پیشفرض مهم و تعیین کنندهای پیشاپیش نشان داده شده باشد..این در حالی است که فضا و زمان برای دو نظریه مربور نه فقط ابزاری برای توصیف رویدادهای طبیعی بهحساب میآیند، بلکه بدون چنان پیشفرضی امکان بنایشان نبود. در مقاله۵ گفتیم که اینشتین در سال ۱۹۱۶، یعنی یک سال پس از ارایه نظریه نسبیت عام، نظریهای که فضازمان و میدان گرانشی را کمیتهای یکسانی میداند، مینویسد:
“الزامِ هموردایی عام۵ (general covariance)، آخرین بقایای عنیتِ فیزیکیِ فضا و زمان را از بین میبرد.”۶
از آنجا که تمامی بخشهای شناخته شدهی فیزیک تا اندازهای ویژگیهای کوانتومی دارند، میتوان تصور کرد که فضازمان نیز بهعنوان نمودِ (تجلیِ) یک میدان فیزیکی از چنان ویژگیهایی برخوردار باشد.
اصلِ عدم قطعیت هایزنبرگ میگوید، میتوان برای مثال مکانِ یک ذره را در یک مبدانِ الکترومغناطیسی با هر دقت دلخواهی اندازهگیری کرد. آیا این بیان درست است؟
در این مقاله میخواهیم پس از پیشگفتار و برشمردن مشکلات شناخته شده تاکنون در بنای نظریه فضازمان کوانتومی، بازنمودهایی (توضیحاتی) را در بارهی کوانتزاسیون هندسه ارایه دهیم تا در ادامه به بررسی شرایطِ لازم و کافی برای اصلِ عدمِ قطعیت بپردازیم.
یادآوری:
۱. در مقالهٔ ’فضازمان کلاسیک‘۵ : با یافتههای ۲۵قرن گذشته در بارهٔ فضازمانِ کلاسیک و لزوم اصلاح آنها آشنا شدیم. ۲. در مقالهٔ ’معمّای فضازمان‘۷: بهطرح مسئلهی فضازمان در رابطه با نظریه نسبیت عام و نظریه کوانتومی پرداختیم. ۳. در مقالهٔ ’محدودینتهای شناخت فضازمان‘۸: محدودیتها را از جمله اختلاف در ساختارهای نظری ملاحظه کردیم.
پیشگفتار
در آغاز لازم میدانم نکتهِ مهمی را که ماکس بورن، فیزیکدان آلمانی (۱۹۷۰ـ۱۸۸۲) در خاطراتی از آلبرت اینشتین در یادنامه به مناسبت شصدمین سالگرد تولد ورنر فون هایزنبرگ بیان داشته، ذکر کنم. بورن مینویسد:
“پیشبینیهای علمی، مستقیمن به «واقعیت» اشاره نمیکنند. بلکه به دانش ما از واقعیت. یعنی، به اصطلاح «قوانین طبیعی» اجازه میدهند از دانش محدود و تقریبیِ کنونی، در مورد یک وضعیت آینده نتیجهگیری کنیم که البته آنهم فقط بهطور تقریبی قابل توصیف است.”
همانگونه که در بالا اشاره کردیم، فضا و زمان در نظریههای مطرحِ حاضر، یعنی نظریه نسبیت عام و نظریه کوانتومی، پیشفرض شدهاند، بیآنکه تعریفِ قابل سنجشی از آنها ارایه شده باشد. روشن است که یک چنین روشی را نمیتوان از نظر علمی رضایتبخش دانست، هرچند با نتایج چشمگیری همراه باشد. ازاینرو، شناختِ منشاء، شیوهی شکلگیری و چیستی فضا و زمان امریست ضروری و اجتنابناپذیر.
در قرن بیستم، آلبرت اینشتین سعی در ایجاد وحدت میان میدانِ الکترومغناطیسی و میدانِ گرانشی (فضازمان) داشت. از آن پس به اینسو فیزیکدانانی، مانند جان ا. ویلر (John A. Wheeler) جان ه. شوارز (John H. Schwarz)، مایکل گرین (Michael Green)، ادوارد ویتن (Edward Witten)، راجر پنروز (Roger Penrose)، ابهی اشتکار (Abhay Ashtekar)، لی اسمولین (Lee Smolin)، ند جاکوبسن (Ted Jacobson) و کارلو روولی (Carlo Rovelli) سعی در ایجاد وحدت میان ۴ نیروی پایهای فیزیک (نیروی هستهای قوی، هستهای ضعیف، الکترومغناطیسی و گرانشی) و شناختِ فضازمان کردند. شناخته شدهترین مدلهای نظری در این رابطه عبارتند از: نظریه گرانش کوانتومی و نظریه ریسمانها.
پژوهشها در راستای نظریه فضازمان کوانتومی همچنان ادامه دارد. اما، تاکنون جز موفقیتهای نسبی، مانند فضازمان کوانتومی حلقهای loop quantum gravity)) آنهم فقط در شکلِ ۳بُعدی، به پاسخِ رضایتبخشی دست نیافتدهایم. از دههی هشتاد قرن گذشته بیشترین امید معطوف به بنای ’نظریه گرانش کوانتومی حلقهای‘، یعنی شکلگیری فضا از نوسانات کوانتومی متشکل از واحدهای گسسته (هندسهِ کواتومی) بود. اما، این امید اکنون همچون نظریه ریسمانها، با رکود مواجه شده است. شکی نیست که پژوهش در مقیاس پلانک، بهویژه بهخاطر نبود شناخت از قوانین مربوطه بسیار دشوار است. با این حال، میتوان امیدوار بود از طریق پژوهشِ سیاهچالهها و اجسام کیهانی مشابه راه برای فهم یک چنان بخش مهم و بنیادیِ طبیعت هموار شود.
بیتردید، بنای نظریه فضازمان کوانتومی دشوار و زمانبر است. یک بخش از دشواری این مسئله به دیدگاههای مختلف در نظریه نسبیت عام و نظریه کوانتومی نسبت به فضا و زمان و اصولن پیشفرض فضا و زمان در آنها برمیگردد. فضا و زمان در نظریه کوانتومی بهعنوان یک پسزمینهِ مستقل و غیرقابل تغییر و در نظریه نسبیت عام فرمپذیر بهعنوان یک متغیر پویا که مستقیمن با ماده مرتبط است، درنظرگرفته شدند. در مقابل، نظریه فضازمان کوانتومی از جمله سعی در برطرف کردن یک چنان وضعیت ناهنجار دارد. در عین حال، کامیابی در این امر بهمعنای هماهنگسازی (تطبیق) و وحدت دو نظریه نسبیت عام و کوانتومی نیز خواهد بود.
به کانال تلگرام سایت ملیون ایران بپیوندید