گام جدید دانشمندان یونانی برای حل معمای گرانش کوانتومی

افزودن ابعاد اضافی به نظریه «گرانش فازی» ممکن است به پر کردن شکاف بین «مکانیک کوانتومی» و «نسبیت عام» کمک کند.

کد خبر: ۷۳۴۰۸۴

تاریخ: ۱۹ شهريور ۱۴۰۳ - ۰۹:۲۳

به گزارش ایران اکونومیست، پژوهش جدید دانشمندان یونانی برای حل کردن یکی از بزرگ‌ترین معماهای فیزیک گام برداشته که شامل همه ذرات شناخته‌شده و تعاملات موجود در نظریه گرانش کوانتومی است.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، راه حل این است که توصیف کوانتومی گرانش موسوم به «گرانش فازی» را با معرفی ابعاد اضافی به فضا-زمان اصلاح کنیم. در این نظریه، فضا-زمان نه به عنوان یک پدیده پیوسته، بلکه در قالب شبکه‌ای از نقاط گسسته در نظر گرفته می‌شود و افزودن ابعاد اضافی به این شبکه، شکل گرفتن میدان‌ها و ذرات دیگر را به همراه دارد.

اصل چالش در توسعه نظریه کوانتومی گرانش، در ناسازگاری نظریه کوانتوم با نظریه «نسبیت عام» اینشتین است که گرانش را به عنوان انحنای فضا-زمان توصیف می‌کند.

از سوی دیگر، «مکانیک کوانتومی» رفتار ذرات را در کوچک‌ترین مقیاس‌ها کنترل می‌کند. تلاش‌ها برای یکسان‌سازی این چارچوب‌ها اغلب به پیش‌بینی‌ها و نتایج بی‌معنی منجر شده‌اند که به وضوح با واقعیت مشاهده‌شده در تضاد هستند.

دلیل مشکلات پیش‌آمده این است که هر چه مقیاس‌های مورد استفاده برای بررسی هندسه فضا-زمان با استفاده از ساختارهای ریاضی ترکیبی نسبیت عام و مکانیک کوانتومی کوچک‌تر می‌شوند، نوسانات کوانتومی در ویژگی‌های این هندسه وحشی‌تر می‌شوند و به وقوع پیش‌بینی‌های بی‌معنی در مورد تعامل میدان گرانشی با خود و با میدان‌ها و ذرات دیگر می‌انجامند.

دانشمندان «دانشگاه ملی فنی آتن»(NTUA) در این پژوهش تصمیم گرفتند که یک فرضیه خاص و جذاب به نام «گرانش فازی» را بررسی کنند. برخلاف مفهوم نسبیت، گرانش فازی نشان می‌دهد که فضا-زمان ممکن است بیشتر گسسته باشد تا پیوسته و همچنین، از تعداد بی‌شماری از نقاط جداشده و غیر قابل جابه‌جایی تشکیل شده است.

اگرچه گرانش فازی بدون نقص نیست اما نکته مهم درباره آن این است که توصیف کوانتومی ثابتی را از گرانش ارائه می‌دهد، نه از سایر تعاملات فیزیکی اساسی. یک نظریه واقعا بنیادین درباره جهان زیراتمی باید همه چیز را در بر بگیرد.

گروه پژوهشی دانشگاه ملی فنی آتن در تلاش برای حل کردن این مشکل، یک روش کلی را برای یکپارچه‌سازی تعاملات از طریق در نظر گرفتن فضا-زمان با ابعاد بالاتر دنبال کردند. این ایده اولین بار نزدیک به یک قرن پیش در «نظریه کالوزا-کلین»(Kaluza-Klein theory) ارائه شد.

دانشمندان دریافتند که اگر زمان و سه بعد فضایی توسط جهت‌های اضافی گسسته و غیرجابه‌جایی گسترش داده شوند، تعامل آنها با یکدیگر و با فضا-زمان چهاربعدی معمول، به تعامل ذرات بنیادی بسیار شبیه به آنچه مشاهده می‌کنیم منجر خواهد شد.

مانند بسیاری از تلاش‌های صورت‌گرفته برای توسعه نظریه کوانتومی گرانش، مدل این گروه پژوهشی پیش‌بینی می‌کند که انحرافات قابل توجهی از نسبیت عام فقط در مقیاس‌های فوق‌العاده کوچک -تقریبا ۱۰ تا ۳۵ متر- رخ می‌دهند. این تقریبا ۲۰ برابر کوچک‌تر از مقیاسی است که حتی توسط قوی‌ترین شتاب‌دهنده‌های ذرات مانند «برخورددهنده هادرونی بزرگ» بررسی می‌شود. در نتیجه، تأیید تجربی این مدل نظری همچنان یک کار فوق‌العاده چالش‌برانگیز باقی می‌ماند.

به رغم این چالش‌ها، امید می‌رود که اثرات گرانش کوانتومی در نهایت از طریق آزمایش‌های در دسترس‌تر بررسی شود.  گروه پژوهشی دانشگاه ملی فنی آتن هیچ برنامه‌ای برای توقف تحقیقات خود ندارند. آنها قصد دارند به بررسی این موضوع ادامه دهند که آیا روش آنها یا روش‌های مشابه می‌توانند ذرات و تعاملات مشاهده‌ شده در طبیعت را به طور کامل توضیح دهند.

دانشمندان در مقاله این پژوهش نوشتند: برنامه ما این است که طرح‌های یکسان‌سازی مورد بحث در پژوهش حاضر و همچنین طرح‌های بررسی‌شده در پژوهش‌های پیشین را که نسخه پیوسته نظریه گرانش به شمار می‌رود و در اینجا مورد بررسی قرار گرفته است، از جنبه پدیدارشناسی و کیهان‌شناسی بررسی کنیم.

این پژوهش در مجله «Progress of Physics» به چاپ رسید.