يتلي
أحد أكبر التحديات في الفيزياء الحديثة هو العثور على نظرية واحدة أو نظرية "موحدة" يمكنها وصف جميع قوانين الطبيعة في إطار واحد. واحدة تربط بين النظريتين العظيمتين (وغير المتوفيتين) اللتين يستخدمهما العلماء اليوم لفهم الواقع: النسبية العامة لأينشتاين ، التي تصف الكون على نطاق واسع ؛ وميكانيكا الكم ، التي تصف عالمنا على المستوى الذري. السبب وراء توافق هاتين النظريتين الناجحتين معًا هو أحد أكبر الألغاز التي تواجه العلم.
إذا تم تأكيدها ، فإن نظرية `` التسجيل الكمي الإعلاني '' ستشمل وصفًا مجهريًا ومجهريًا للواقع ، وستعطي نظريتنا أيضًا رؤية عميقة للظواهر التي يتعذر الوصول إليها اليوم مثل الثقوب السوداء أو اللحظة التي خلق فيها الكون.
لكن كيف تحصل عليه؟ منذ ما يقرب من قرن من الزمان ، حاولت أجيال من الفيزيائيين ، دون جدوى ، اكتشاف سبب عدم `` عمل '' القوانين المطبقة في عالم صغير جدًا في العالم الماكروسكوبي من حولنا ، والعكس صحيح. الآن ، نشر فريق من الباحثين من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد ، بالاشتراك مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الأمريكية ، مقالًا في "اتصالات الطبيعة" يقترحون فيه أن الجاذبية ، القوة التي هيمنت على الكون ، تنشأ على نطاق واسع. . في الواقع من عالم الكم. للوصول إلى هذا الاستنتاج الاستثنائي ، لجأ الباحثون إلى الرياضيات المتقدمة وما يسمى بـ "مبدأ الهولوغرام".
"جهودنا لفهم عيون الطبيعة - يشرح دانيال بيرسون ، المؤلف المشارك للدراسة - واللغة التي كُتبت بها هذه القوانين هي الرياضيات. عندما نبحث عن إجابات لأسئلة في الفيزياء ، فإنها غالبًا ما تقودنا إلى اكتشافات جديدة في الرياضيات أيضًا. هذا التفاعل بارز بشكل خاص في البحث عن الجاذبية الكمية ، حيث يكون من الصعب للغاية إجراء التجارب. "
مثال على ظاهرة تتطلب هذا النوع من الوصف الموحد لثقوبها السوداء. يتشكل الثقب الأسود عندما ينهار نجم ثقيل بدرجة كافية تحت تأثير جاذبيته بحيث تتركز كل كتلته في حجم صغير للغاية. لا يزال وصف ميكانيكا الكم للثقوب السوداء في مهده ، لكنه يتضمن رياضيات متقدمة مذهلة.
في هذه الحالة الخاصة بالنظرية الموحدة ، التي شرحها روبرت بيرمان ، المؤلف الأول للمقالة ، "يتمثل التحدي في وصف كيفية تشكل زيادة الجاذبية كظاهرة" ناشئة ". تمامًا كما تظهر الظواهر اليومية ، مثل تدفق السائل ، من الحركات الفوضوية للقطرات الفردية ، نريد أن نصف كيف تنبثق الجاذبية من النظام الميكانيكي الكمومي على المستوى المجهري ".
بدءًا من هذه الطريقة ، أوضح الباحثون كيف تنبثق الحصى من نظام ميكانيكي كم خاص ، في نموذج مبسط للحصى الكمي يسمى "مبدأ الهولوغرام".
يتابع بيرمان: "باستخدام التقنيات الرياضية التي بحثت عنها من قبل ، تمكنا من صياغة شرح لكيفية نشوء الجاذبية من مبدأ الهولوغرام ، بطريقة أكثر دقة من ذي قبل."
قد يوفر العنصر الجديد أيضًا طريقة جديدة للتعامل مع الطاقة المظلمة الغامضة. في نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، توصف الجاذبية بأنها ظاهرة هندسية. مثلما ينحني السرير المصنوع حديثًا تحت وزن الشخص ، يمكن للأشياء الثقيلة أن تنحني الزمكان ، "النسيج" الذي يتكون منه الكون.
لكن وفقًا لنظرية أينشتاين ، حتى الفضاء الفارغ ، "حالة الفراغ" للكون ، له بنية هندسية غنية. إذا أردنا التكبير والنظر إلى هذا الفراغ بالمجهر ، فسنرى تقلبات صغيرة ، أو موجات ميكانيكية كمومية ، تُعرف باسم الطاقة المظلمة ، وهي الطاقة الغامضة المتكونة التي يُعتقد أنها مسؤولة عن التوسع المتسارع للكون.
قد تؤدي الدراسة إلى رؤى جديدة واعية حول كيفية ظهور هذه الموجات الميكروسكوبية الكمومية ، بالإضافة إلى العلاقة بين نظرية أينشتاين للجاذبية وميكانيكا الكم ، وهو أمر كان العلماء يحاولونه منذ عقود.
ويخلص بيرسون إلى أن "هذه النتائج تفتح إمكانية إثبات جوانب أخرى من مبدأ الهولوغرام ، مثل الوصف المجهري للثقوب السوداء. نأمل أيضًا أن نتمكن من استخدام هذه الأفكار الجديدة في المستقبل لفتح أرضية جديدة في الرياضيات ".
