گام جدید دانشمندان یونانی برای حل معمای گرانش کوانتومی
انجام تغییرات در نظریه “گرانش فازی” با افزودن ابعاد جدید می‌تواند به پل زدن بین دو نظریه بنیادی فیزیک، “مکانیک کوانتومی” و “نسبیت عام” کمک کند.
مطالعه جدید دانشمندان یونانی گام مهمی در جهت حل یکی از پیچیده‌ترین معماهای فیزیک برداشته است که به دنبال تبیین تمام ذرات شناخته‌شده و برهم‌کنش‌های آنها در چارچوب “گرانش کوانتومی” است.
به نقل از “اخبار علم پیشرفته”، راه حل این معما، ارتقا توصیف کوانتومی گرانش به نام “گرانش فازی” است که با معرفی ابعاد اضافی به “فضا-زمان” انجام می‌شود. در این نظریه، “فضا-زمان” به جای یک پدیده پیوسته، به صورت شبکه‌ای از نقاط گسسته تصور می‌شود و اضافه کردن ابعاد جدید به این شبکه، منجر به تشکیل میدان‌ها و ذرات جدید می‌شود.
چالش اصلی در توسعه “گرانش کوانتومی” عدم تطابق “نظریه کوانتوم” با “نظریه نسبیت عام” اینشتین است که گرانش را به عنوان انحنا در “فضا-زمان” توصیف می‌کند.
“مکانیک کوانتومی” رفتار ذرات را در مقیاس‌های بسیار کوچک کنترل می‌کند. تلاش برای تلفیق این دو چارچوب اغلب به پیش‌بینی‌های بی‌معنی و نتایج متناقض با مشاهدات واقعی منجر شده است.
دلیل این مشکلات این است که با کوچکتر شدن مقیاس‌هایی که برای بررسی هندسه “فضا-زمان” با استفاده از ساختارهای ریاضی ترکیبی “نسبیت عام” و “مکانیک کوانتومی” استفاده می‌شوند، نوسانات کوانتومی در ویژگی‌های این هندسه شدت می‌یابد و به پیش‌بینی‌های بی‌معنی در مورد تعامل میدان گرانشی با خود و با سایر میدان‌ها و ذرات منجر می‌شود.
دانشمندان “دانشگاه ملی فنی آتن” در این مطالعه، یک فرضیه جذاب و خاص به نام “گرانش فازی” را بررسی کرده‌اند. برخلاف “نسبیت عام”، “گرانش فازی” نشان می‌دهد که “فضا-زمان” ممکن است به جای پیوسته بودن، گسسته باشد و از تعداد بی‌شماری نقطه جدا از هم و غیرقابل جابه‌جایی تشکیل شده باشد.
اگرچه “گرانش فازی” کامل نیست، اما نکته مهم درباره آن ارائه توصیف کوانتومی ثابت از گرانش و نه سایر تعاملات بنیادی فیزیکی است. یک نظریه truly fundamental درباره جهان زیراتمی باید همه چیز را در بر بگیرد.
گروه تحقیقاتی “دانشگاه ملی فنی آتن” برای حل این مشکل، یک روش کلی برای یکپارچه‌سازی تعاملات از طریق در نظر گرفتن “فضا-زمان” با ابعاد بالاتر را دنبال کرده‌اند. این ایده اولین بار حدود یک قرن پیش در “نظریه کالوزا-کلین” 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 معمولی، به تعامل ذرات بنیادی بسیار شبیه به آنچه مشاهده می‌کنیم منجر خواهد شد.
مانند بسیاری از تلاش‌های انجام شده برای توسعه “گرانش کوانتومی”، مدل این گروه تحقیقاتی پیش‌بینی می‌کند که انحرافات قابل توجهی از “نسبیت عام” فقط در مقیاس‌های فوق‌العاده کوچک – تقریباً ۱۰ تا ۳۵ متر – رخ می‌دهد. این تقریباً 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 بسیار چالش‌برانگیز باقی می‌ماند.
با وجود این چالش‌ها، امید می‌رود که اثرات “گرانش کوانتومی” در نهایت از طریق آزمایش‌های در دسترس‌تر بررسی شود. گروه تحقیقاتی “دانشگاه ملی فنی آتن” قصد ندارد تحقیقات خود را متوقف کند. 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 این پژوهش و همچنین طرح‌های بررسی شده در مطالعات قبلی که نسخه پیوسته “نظریه گرانش” محسوب می‌شوند و در اینجا مورد بررسی قرار گرفته‌اند را از جنبه پدیدارشناسی و کیهان‌شناسی بررسی کنیم.”
این پژوهش در مجله “پیشرفت فیزیک” به چاپ رسید.
