گامی تازه به‌سوی گرانش کوانتومی؛ آزمون اصل هولوگرافیک با مدل‌سازی ریاضیاتی
پژوهشگران دانشگاه ایالتی یوتا با مدل‌سازی دقیق اصل هولوگرافیک، تلاشی تازه برای آزمودن گرانش کوانتومی آغاز کرده‌اند؛ رویکردی که با تکیه بر ریاضیات، به کاوش در ژرف‌ترین پرسش‌های فیزیک بدون نیاز به ابزارهای پرهزینه می‌پردازد.
به گزارش نشریه Physical Review Letters، تیمی از پژوهشگران به سرپرستی اسکار وارلا استاد فیزیک نظری و ابهی کاتیال پژوهشگر دکتری دانشگاه ایالتی یوتا، موفق شده‌اند یک مدل دقیق برای آزمودن یکی از بحث‌برانگیزترین مفاهیم فیزیک معاصر، یعنی اصل هولوگرافیک ارائه دهند.
وارلا اظهار کرد: «در شرایطی که هیچ ابزار آزمایشگاهی قادر به شبیه‌سازی شرایط شدید گرانش کوانتومی نیست، مدل‌های ریاضیاتی دقیق نقش همان تجهیزات تجربی را برای ما نظریه‌پردازان دارند؛ با این تفاوت که ما با ریاضیات، به دنیای ناشناخته وارد می‌شویم.»
از یک سو، نظریه مکانیک کوانتومی با معادله مشهور شرودینگر، رفتار ذرات زیراتمی را با دقتی شگفت‌آور توصیف می‌کند. از سوی دیگر، نسبیت عام اینشتین قدرت پیش‌بینی گرانش در مقیاس‌های کیهانی را دارد. اما این دو نظریه، زمانی که در کنار هم قرار می‌گیرند، دچار تعارض می‌شوند.
کاتیال در این‌باره گفت: «تمام پرسش‌های بی‌پاسخ در فیزیک امروز، به تقابل یا ناهماهنگی میان کوانتوم و نسبیت بازمی‌گردد، گرانش کوانتومی همان حلقه واسطی است که ما هنوز موفق به کشف آن نشده‌ایم.»
اصل هولوگرافیک چیست؟
اصل هولوگرافیک، مفهومی بنیادی در نظریه‌های جدید گرانش کوانتومی است که می‌گوید تمام اطلاعات موجود در یک حجم سه‌بعدی، می‌تواند در سطح دوبعدی آن رمزگذاری شود؛ درست همچون هولوگرام‌های نوری که تصویر سه‌بعدی از داده‌های دوبعدی می‌سازند.
وارلا افزود: «این اصل نه‌تنها چارچوبی نظری برای گرانش کوانتومی ارائه می‌دهد، بلکه امکان شبیه‌سازی پدیده‌هایی در فضا-زمان را که درک مستقیم‌شان ممکن نیست، فراهم می‌سازد.»
در شرایطی که ساخت شتاب‌دهنده‌های جدید با هزینه‌های میلیارد دلاری و دهه‌ها زمان ممکن است، مدل‌سازی ریاضی دقیق، راهی کم‌هزینه برای آزمودن فرضیات کلان در فیزیک به‌شمار می‌رود. این پژوهش نیز با پشتیبانی بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) انجام شده است.
کاتیال تصریح کرد: «ما با بهره‌گیری از اصل هولوگرافیک، توانستیم پیش‌بینی‌هایی در مورد ماهیت احتمالی گرانش کوانتومی ارائه دهیم، بی‌آنکه نیاز به آزمایش‌های پرهزینه یا فناوری‌های غیرقابل‌دسترس داشته باشیم.»
تلاش دانشمندان برای آشتی دادن دو ستون اصلی فیزیک، یعنی نظریه کوانتوم و نسبیت عام با آزمون و مدل‌سازی اصل هولوگرافیک وارد مرحله‌ای تازه شده است، در جهانی که هنوز فیزیک از پاسخ به سوالات بنیادین همچون ماهیت فضا-زمان و ماده تاریک ناتوان است، این‌گونه پژوهش‌ها می‌تواند نقشه راه آینده دانش بشری را بازتعریف کند.
