ماهيت نيروي جاذبه چيست؟
گرانش، نيروي مرموزي است كه هرچند نظريه نسبيت عام اينشتين، آن*را به خوبي توصيف مي*كند؛ اما منشا آن كماكان ناشناخته است. آيا مي*توان جهت*گيري آرايش اطلاعات اجسام مادي را در فضا عامل گرانش دانست؟
محمود حاج*زمان: اگرچه نيروي جاذبه ابتدا توسط قوانين نيوتن و سپس نسبيت عام اينشتين به خوبي توصيف شد، با اين وجود ما هنوز نمي*دانيم چگونه خواص بنيادين جهان با هم تركيب مي*شوند و اين پديده را ايجاد مي*كنند.
به گزارش نيوساينتيست، اريك ورليند از دانشگاه آمستردام هلند، رويكرد جديدي را براي توصيف نيروي جاذبه پيشنهاد كرده است. اين فيزيكدان نظري و از تئوريسين*هاي برجسته نظريه ريسمان، استدلال مي*كند كه جاذبه گرانشي ممكن است ناشي از جهت آرايش اطلاعات اجسام مادي در فضا باشد. وي مي*گويد: «از نظر من به عنوان يك فيزيكدان، اين بسيار متقاعد كننده است.»
اولين، دوربردترين و تنهاترين
نخستين بار نيوتن با در نظر گرفتن جاذبه به عنوان نيروي بين اجسام، نشان داد كه جاذبه چطور در مقياس*هاي بزرگ عمل مي*كند. سپس اينشتين ايده*هاي نيوتن را در نظريه نسبيت عام خود اصلاح كرد. وي نشان داد كه توصيف جاذبه به*وسيله انحناي چارچوب فضا-زمان توسط يك جسم، بهتر انجام مي*شود. همه ما ازآن*رو به سمت زمين كشيده مي*شويم كه جرم سياره، چارچوب فضا-زمان پيرامون خود را خم كرده است.
اما اين پايان ماجرا نيست. اگرچه نيوتن و اينشتين بينش عميقي را براي درك نيروي جاذبه فراهم كردند، اما قوانين آنها تنها توصيف*هاي رياضي است. اين نظريه*ها تنها نحوه عملكرد جاذبه را تشريح مي*كنند، بدون اين*كه بگويد جاذبه از كجا مي*آيد. فيزيكدانان نظري تلاش زيادي را براي ايجاد ارتباط بين نيروي جاذبه با ديگر نيروهاي بنيادين شناخته شده جهان انجام داده*اند. مدل استاندارد فيزيك كه بهترين چارچوب ما براي توصيف دنياي زيراتمي است، شامل نيروي الكترومغناطيسي و نيروهاي هسته*اي قوي و ضعيف است؛ اما نيروي جاذبه را دربر نمي*گيرد.
بسياري از فيزيكدانان نسبت به اين*كه مدل استاندارد فيزيك بتواند در برگيرنده نيروي جاذبه باشد، ترديد دارند. نيروي گرانش را مي*توان بوسيله عملكرد ذرات فرضي گراويتون توصيف كرد، اما تاكنون مدركي دال بر وجود اين ذرات به*دست نيامده است. ضعف جنبه گرانشي نظريه*هاي موجود، از دلايل اصلي ارائه تئوري*هاي جديد مانند نظريه ريسمان و گرانش كوانتومي در دهه*هاي اخير بوده است.
آنتروپي، گرانش و هولوگرافي
كارهاي ورليند، رويكرد جديدي را براي بررسي مساله گرانش پيشنهاد مي*كند. بنابر اعتقاد وي گرانش پديده*اي است كه از خواص بنيادين فضا و زمان ايجاد مي*شود.
براي درك نگرش پيشنهادي ورليند، مفهوم سياليت آب را در نظر بگيريد. مولكول*هاي منفرد آب هيچ سياليتي ندارند، اما مجموعه اين مولكول*ها در كنار يكديگر خاصيت سياليت آب را به وجود مي*آورد. به*طور مشابه، نيروي گرانشي جزو خواص ذاتي مواد نيست. اين نيرو يك اثر اضافي فيزيكي است كه از اندركنش جرم، فضا و زمان ايجاد مي*شود. ايده وي درباره نيروي جاذبه به عنوان يك نيروي آنتروپي، بر اصل اول ترموديناميك استوار است كه در حوزه نامتعارفي از توصيف فضا-زمان كه هولوگرافي ناميده مي*شود، عمل مي*كند.
هولوگرافي در فيزيك نظري، داراي اصول مشابه برچسب هولوگرام موجود بر روي اسكناس است. در اين روش تصاوير سه*بعدي در يك سطح دوبعدي جا داده شده است. مفهوم هولوگرافي در فيزيك در دهه 1970، توسط استيفن و جاكوب بكنشتين توسعه يافت تا بتواند خواص سياهچاله*ها را توصيف كند. كارهاي آنها به مفهومي منجر شد كه بر اساس آن، يك كره فرضي مي*تواند اطلاعات لازم را درباره جرم داخلش در خود ذخيره كند. در دهه 1990 ميلادي / 1370 شمسي، هوفت و لئونارد ساسكيند از دانشگاه استنفورد پيشنهاد كردند كه اين چارچوب مي*تواند به تمام جهان تعميم داده شود. اصل هولوگرافيك پيشنهادي آنها در بسياري از تئوري*هاي بنيادين علم فيزيك مورد استفاده قرار مي*گيرد.
ورليند از اين اصل هولوگرافيك استفاده كرد تا دريابد كه براي يك جرم كوچك، در فاصله مشخصي از يك جسم بزرگ*تر مانند يك ستاره يا سياره چه اتفاقي مي*افتد. وي نشان داد كه جابه*جايي اندك اين جسم كوچك به معناي تغيير محتواي اطلاعات يا آنتروپي در سطح هولوگرافيك فرضي بين دو جسم است. اين تغيير اطلاعات با تغييرات انرژي سيستم مرتبط است.
ورليند از اصول آماري براي درنظر گرفتن تمام حركات ممكن جرم كوچك و تغييرات انرژي مربوط به آن استفاده كرد. وي كشف كرد كه از نظر ترموديناميكي، حركت جسم كوچك به سمت جسم بزرگ*تر محتمل*تر از ساير جابه*جايي*ها است. اين اثر را مي*توان به صورت يك نيروي خالص كه هر دو جسم را به سمت يكديگر مي*كشد، نگاه كرد. فيزيكدانان اين را نيروي آنتروپي مي*نامند؛ زيرا از تغييرات محتواي اطلاعات سرچشمه مي*گيرد.
با ايجاد ارتباط بين محتواي انرژي و رابطه معروف اينشتين براي جرم و انرژي، قانون جاذبه نيوتن مستقيما استخراج مي*شود. اين نسخه نسبيتي تنها گام كوچكي به جلو به حساب مي*آيد و مي*تواند براي هر دو جسم اعمال شود. ورليند مي*گويد: «يافتن مجدد قوانين نيوتن مي*تواند يك تطابق خوش*يمن باشد.»
چرا كسي زودتر به اين فكر نيفتاده بود؟
مقاله ورليند ستايش برخي از فيزيكدانان را به دنبال داشته*است. رابرت ديجگراف از رياضي*فيزيك*دانان برجسته دنيا در دانشگاه آمستردام، ظرافت مفاهيم كار ورليند را تحسين مي*كند. وي مي*گويد: «مساله تعجب*آور اين است كه هيچ كسي قبلا به اين موضوع فكر نكرده است. اين ايده بسيار ساده و متقاعد كننده به نظر مي رسد.»
اما برخي از فيزيكدانان نظرات مخالفي دارند. برخي اعتقاد دارند كه ورليند در استخراج معادلات خود، به دليل اينكه از خود جاذبه شروع كرده، دچار استدلال دور شده است. برخي ديگر نيز نگراني*هايي را در خصوص رياضيات ناچيز مورد استفاده ورليند ابراز كرده*اند.
استنلي دسر از دانشگاه برندايس ماساچوست، كه كارهايش باعث گسترش قلمرو نسبيت شده مي*گويد: «به*نظر مي*رسد كار ورليند يك راه اميدبخش است. اما كارهاي وي تمام عقايد تعصب*آميز ما را درباره نيوتن و هوك تا اينشتين به چالش مي*كشد، چيزي كه قبول آن خيلي سخت است.»
ورليند تاكيد مي*كند كه مقاله وي تنها گام نخست در اين موضوع است. وي مي*گويد: «ايده من هنوز در حد يك نظريه نيست، اما پيشنهادي براي براي يك الگو يا چارچوب جديد است. قسمت سخت كار تازه آغاز شده است.»
پاسخ با نقل قول
علاقه مندی ها (بوک مارک ها)