DILYN
Un o'r heriau mwyaf mewn Ffiseg fodern yw dod o hyd i ddamcaniaeth unigol neu 'unedig' a all ddisgrifio holl ddeddfau natur mewn un fframwaith. Un sy'n cysylltu'r ddwy ddamcaniaeth fawr (ac anghymodlon) y mae gwyddonwyr, heddiw, yn eu defnyddio i ddeall realiti: Perthnasedd Cyffredinol Einstein, sy'n disgrifio'r Bydysawd ar raddfa fawr; a Quantum Mechanics, sy'n disgrifio ein byd ar y lefel atomig. Pam mae'r ddwy ddamcaniaeth lwyddiannus hyn yn cyd-fynd â'i gilydd yw un o'r dirgelion mwyaf sy'n wynebu gwyddoniaeth.
Os caiff ei chadarnhau, bydd y ddamcaniaeth hon o 'gofnodi cwantwm' yn cynnwys disgrifiad macrosgopig a microsgopig o realiti, a byddai ein un ni hefyd yn rhoi cipolwg dwfn ar ffenomenau sy'n anhygyrch heddiw megis tyllau duon neu'r amrantiad y crëwyd y Bydysawd.
Ond sut i'w gael? Ers bron i ganrif, mae cenedlaethau o ffisegwyr wedi ceisio'n aflwyddiannus i ddarganfod pam nad yw'r cyfreithiau sy'n dal ym myd y bach iawn yn 'gweithio' yn y byd macrosgopig o'n cwmpas, ac i'r gwrthwyneb. Nawr, mae tîm o ymchwilwyr o Brifysgol Technoleg Chalmers yn Sweden, ynghyd â'r MIT Americanaidd, wedi cyhoeddi erthygl yn 'Nature Communications' lle maen nhw'n awgrymu bod disgyrchiant, y grym a ddominyddodd y Bydysawd, yn codi ar raddfa fawr. mewn gwirionedd o'r byd cwantwm. I ddod i'r casgliad rhyfeddol hwn, mae'r ymchwilwyr wedi troi at fathemateg uwch a'r 'egwyddor holograffig' fel y'i gelwir.
“Mae ein hymdrechion i ddeall llygaid natur - yn esbonio Daniel Persson, cyd-awdur yr astudiaeth -, a mathemateg yw iaith ysgrifennu’r cyfreithiau hynny. Pan fyddwn yn chwilio am atebion i gwestiynau mewn ffiseg, maent yn aml yn ein harwain at ddarganfyddiadau newydd mewn mathemateg hefyd. Mae'r rhyngweithio hwn yn arbennig o amlwg yn yr ymchwil am ddisgyrchiant cwantwm, lle mae'n anodd iawn cynnal arbrofion."
Enghraifft o ffenomen sy'n gofyn am y math hwn o ddisgrifiad unedig o'i dyllau du. Mae twll du yn cael ei ffurfio pan fydd seren ddigon trwm yn cwympo o dan ei thynnu disgyrchiant ei hun fel bod ei holl fàs yn cael ei grynhoi i gyfaint hynod o fach. Mae'r disgrifiad o fecaneg cwantwm tyllau du yn ei ddyddiau cynnar o hyd, ond mae'n ymwneud â mathemateg uwch ysblennydd.
Yn yr achos hwn o'r ddamcaniaeth unedig, a eglurwyd gan Robert Berman, awdur cyntaf yr erthygl, “yr her yw disgrifio sut y ffurfiwyd yr ymchwydd disgyrchiant fel ffenomen 'ymddangosiadol'. Yn union fel y mae ffenomenau bob dydd, fel llif hylif, yn dod i'r amlwg o symudiadau anhrefnus defnynnau unigol, rydym am ddisgrifio sut mae disgyrchiant yn dod i'r amlwg o'r system cwantwm-mecanyddol ar lefel ficrosgopig."
O'r ffurflen hon, dangosodd yr ymchwilwyr sut mae'r graean yn dod i'r amlwg o system Mecaneg Cwantwm arbennig, mewn model wedi'i symleiddio gan raean cwantwm a elwir yn 'egwyddor holograffig'.
“Gan ddefnyddio technegau mathemategol yr oeddwn eisoes wedi ymchwilio iddynt o’r blaen,” mae Berman yn parhau, “llwyddasom i ffurfio esboniad o sut mae disgyrchiant yn codi yn ôl yr egwyddor holograffig, mewn ffordd fwy manwl gywir nag o’r blaen.”
Efallai y bydd yr eitem newydd hefyd yn cynnig ffordd newydd o ddelio â'r egni tywyll dirgel. Yn Theori Perthnasedd Gyffredinol Einstein , disgrifir disgyrchiant fel ffenomen geometrig. Yn union fel y mae gwely newydd ei wneud yn plygu o dan bwysau person, gall gwrthrychau trwm blygu amser gofod, y 'ffabrig' sy'n rhan o'r Bydysawd.
Ond yn ôl damcaniaeth Einstein, mae gan hyd yn oed gofod gwag, sef 'cyflwr gwactod' y Bydysawd, strwythur geometrig cyfoethog. Pe baem yn chwyddo i mewn ac yn edrych ar y gwagle hwn gyda microsgop, byddem yn gweld amrywiadau mecanyddol cwantwm bach neu donnau, a elwir yn egni tywyll, yr egni ffurfiedig dirgel y credir ei fod yn gyfrifol am ehangu cyflymach y Bydysawd.
Gall yr astudiaeth arwain at ddealltwriaeth newydd sobr o sut mae'r tonnau microsgopig cwantwm-mecanyddol hyn yn codi, yn ogystal â'r berthynas rhwng theori disgyrchiant Einstein a mecaneg cwantwm, rhywbeth y mae gwyddonwyr wedi bod yn ei geisio ers degawdau.
“Mae’r canlyniadau hyn - casgliad Persson - yn agor y posibilrwydd o brofi agweddau eraill ar yr egwyddor holograffig, megis disgrifiad microsgopig o dyllau du. Rydym hefyd yn gobeithio gallu defnyddio’r mewnwelediadau newydd hyn yn y dyfodol i dorri tir newydd mewn mathemateg.”
