آیا جهان ما یک هولوگرام است؟

تاکنون این اصل در جهان‌هایی با خمش منفی مطالعه شده است. این از دیدگاه نظری جالب است اما چنین فضاهایی با فضای جهان ما کاملاً متفاوت است. نتایج به‌دست آمده توسط پژوهش‌گران در TU Wien (Vienna) اکنون پیشنهاد می‌کند که اصل هولوگرافیک حتی در فضا‌زمان تخت نیز برقرار است.

اصل هولوگرافیک

هولوگرام‌های روی کارت‌های شناسایی و چک‌های بانکی شناخته شده هستند. آن‌ها دو بعدی هستند ولی برای ما سه بعدی به نظر می‌رسند. جهان ما می‌تواند کاملاًمشابه رفتار کند: «در سال 1997، فیزیک‌دانی به نام جوآن مالداسنا (Juan Maldacena) این ایده را پیشنهاد کرد که یک تناظر میان نظریه‌های گرانشی در فضا‌های پاد دوسیته خمیده از یک سو و نظریه ‌های میدان کوانتومی از سوی دیگر وجود دارد.» این گفته‌ی دانیل گرومیلر (Daniel Grumiller) از TU Wien است.

پدیده‌های گرانشی در نظریه با سه بعد فضایی توصیف می‌شوند، رفتار ذره کوانتومی در نظریه‌ای با دو بعد فضایی محاسبه می‌شود و نتیجه هر دو محاسبه قابل تبدیل به یکدیگر هستند. چنین تناظری کاملاً شگفت‌آور است. این شبیه به این است که متوجه شویم معادلات یک کتاب درسی ستاره‌شناسی قابل استفاده برای تعمیر یک دستگاه پخش سی دی است. اما این روش اثبات شده است که بسیار موفق است. بیش از ده هزار مقاله علمی در مورد «تناظر AdS/CFT» مالداسنا منتشر شده است.

تناظر حتی در فضای تخت

برای فیزیک نظری، این تناظر مهم است اما به نظر ربط چندانی با دنیای ما ندارد. ظاهراً ما در چنین فضای پاد دوسیته‌ای زندگی نمی‌کنیم. چنین فضاهایی ویژگی‌های عجیبی دارند. آن‌ها خمش منفی دارند. هر شیئی که روی خط مستقیم دور انداخته شود سرانجام برخواهد گشت. اما «جهان ما در مقابل کاملاً تخت است و در فواصل نجومی خمش مثبت دارد»، این گفته‌ی گرومیلر است.

اما گرومیلر مدتی این تصور را داشته است که اصل تناظر می‌تواند برای جهان حقیقی ما نیز برقرار باشد. برای آزمودن این فرض، نظریه‌های گرانشی باید ساخته شوند که نیازی به فضای مرموز پاد دوسیته نداشته باشند بلکه در فضای تخت زندگی کنند. برای سه سال، او و تیمش در TU Wien (Vienna) در همکاری با دانشگاه ادینبورگ، هاروارد، IISER Pune، ام آی تی و دانشگاه کیوتو روی آن کار کردند. اکنون گرومیلر و همکارانش از هند و ژاپن مقاله‌ای در فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسانده‌اند که درستی اصل تناظر در فضای تخت را تایید می‌کند.

دو بار محاسبه با نتیجه مشابه

«اگر گرانش کوانتومی در یک فضای تخت اجازه‌ی توصیف هولوگرافیک توسط یک نظریه کوانتومی استاندارد را می‌دهد، بنابراین باید کمیت‌های فیزیکی وجود داشته باشند که در هر دو نظریه قابل محاسبه هستند و نتایج باید در توافق باشند.» این گفته‌ی گرومیلر است. به طور خاص، یک ویژگی کلیدی مکانیک کوانتومی درهم‌تنیدگی کوانتومی است که باید در نظریه گرانشی نیز ظاهر شود.

هنگامی‌که ذرات کوانتومی درهم‌تنیده می‌شوند، نمی‌توانند به صورت جداگانه توصیف شوند. آن‌ها یک شیئ کوانتومی واحد تشکیل می‌دهند حتی اگر جدا از یکدیگر قرار گرفته باشند. معیاری برای میزان درهم‌تنیدگی در یک سیستم کوانتومی وجود دارد که «آنتروپی درهم‌تنیدگی» نامیده می‌شود. گرومیلر با همراهی آرجان باگچي (Arjun Bagchi)، رودرانيل باسو (Rudranil Basu) و مكس ريگلر (Max Riegler) نشان دادند که این آنتروپی درهم‌تنیدگی مقدار مشابهی در گرانش کوانتومی تخت و یک نظریه میدان کوانتومی با بعد پایین می‌گیرد.

«این محاسبه، فرض ما مبنی بر اینکه اصل هولوگرافی می‌تواند در جهان تخت نیز تحقق یابد را تایید می‌کند. این گواهی بر درستی این تناظر در جهان ما است.» این گفته‌ی مكس ريگلراست. گرومیلر می‌گوید « این حقیقت که ما می‌توانیم حتی در مورد اطلاعات کوانتومی و آنتروپی درهم‌تنیدگی در یک نظریه گرانشی نیز صحبت کنیم به خودی خود عجیب است و به سختی در چند سال پیش قابل تصور بود. اینکه ما اکنون قادر به استفاده از آن به عنوان ابزاری برای آزمودن اعتبار اصل هولوگرافیک هستیم و این آزمون کار می‌کند، کاملاً قابل توجه است.»

اما به هرحال این اثبات نمی‌کند که ما در یک هولوگرام زندگی می‌کنیم اما ظاهراً شاهد در حال رشدی برای اعتبار اصل تناظر در جهان ما وجود دارد.

این تحقیق در فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.

منبع:

Is the universe a hologram?