-
ماهيت نيروي جاذبه چيست؟
ماهيت نيروي جاذبه چيست؟
گرانش، نيروي مرموزي است كه هرچند نظريه نسبيت عام اينشتين، آن‌را به خوبي توصيف مي‌كند؛ اما منشا آن كماكان ناشناخته است. آيا مي‌توان جهت‌گيري آرايش اطلاعات اجسام مادي را در فضا عامل گرانش دانست؟
محمود حاج‌زمان: اگرچه نيروي جاذبه ابتدا توسط قوانين نيوتن و سپس نسبيت عام اينشتين به خوبي توصيف شد، با اين وجود ما هنوز نمي‌دانيم چگونه خواص بنيادين جهان با هم تركيب مي‌شوند و اين پديده را ايجاد مي‌كنند.
به گزارش نيوساينتيست، اريك ورليند از دانشگاه آمستردام هلند، رويكرد جديدي را براي توصيف نيروي جاذبه پيشنهاد كرده است. اين فيزيكدان نظري و از تئوريسين‌هاي برجسته نظريه ريسمان، استدلال مي‌كند كه جاذبه گرانشي ممكن است ناشي از جهت آرايش اطلاعات اجسام مادي در فضا باشد. وي مي‌گويد: «از نظر من به عنوان يك فيزيكدان، اين بسيار متقاعد كننده است.»
اولين، دوربردترين و تنهاترين
نخستين بار نيوتن با در نظر گرفتن جاذبه به عنوان نيروي بين اجسام، نشان داد كه جاذبه چطور در مقياس‌هاي بزرگ عمل مي‌كند. سپس اينشتين ايده‌هاي نيوتن را در نظريه نسبيت عام خود اصلاح كرد. وي نشان داد كه توصيف جاذبه به‌وسيله انحناي چارچوب فضا-زمان توسط يك جسم، بهتر انجام مي‌شود. همه ما ازآن‌رو به سمت زمين كشيده مي‌شويم كه جرم سياره، چارچوب فضا-زمان پيرامون خود را خم كرده است.
اما اين پايان ماجرا نيست. اگرچه نيوتن و اينشتين بينش عميقي را براي درك نيروي جاذبه فراهم كردند، اما قوانين آنها تنها توصيف‌هاي رياضي است. اين نظريه‌ها تنها نحوه عملكرد جاذبه را تشريح مي‌كنند، بدون اينكه بگويد جاذبه از كجا مي‌آيد. فيزيكدانان نظري تلاش زيادي را براي ايجاد ارتباط بين نيروي جاذبه با ديگر نيروهاي بنيادين شناخته شده جهان انجام داده‌اند. مدل استاندارد فيزيك كه بهترين چارچوب ما براي توصيف دنياي زيراتمي است، شامل نيروي الكترومغناطيسي و نيروهاي هسته‌اي قوي و ضعيف است؛ اما نيروي جاذبه را دربر نمي‌گيرد.
بسياري از فيزيكدانان نسبت به اينكه مدل استاندارد فيزيك بتواند در برگيرنده نيروي جاذبه باشد، ترديد دارند. نيروي گرانش را مي‌توان بوسيله عملكرد ذرات فرضي گراويتون توصيف كرد، اما تاكنون مدركي دال بر وجود اين ذرات به‌دست نيامده است. ضعف جنبه گرانشي نظريه‌هاي موجود، از دلايل اصلي ارائه تئوري‌هاي جديد مانند نظريه ريسمان و گرانش كوانتومي در دهه‌هاي اخير بوده است.
آنتروپي، گرانش و هولوگرافي
كارهاي ورليند، رويكرد جديدي را براي بررسي مساله گرانش پيشنهاد مي‌كند. بنابر اعتقاد وي گرانش پديده‌اي است كه از خواص بنيادين فضا و زمان ايجاد مي‌شود.
براي درك نگرش پيشنهادي ورليند، مفهوم سياليت آب را در نظر بگيريد. مولكول‌هاي منفرد آب هيچ سياليتي ندارند، اما مجموعه اين مولكول‌ها در كنار يكديگر خاصيت سياليت آب را به وجود مي‌آورد. به‌طور مشابه، نيروي گرانشي جزو خواص ذاتي مواد نيست. اين نيرو يك اثر اضافي فيزيكي است كه از اندركنش جرم، فضا و زمان ايجاد مي‌شود. ايده وي درباره نيروي جاذبه به عنوان يك نيروي آنتروپي، بر اصل اول ترموديناميك استوار است كه در حوزه نامتعارفي از توصيف فضا-زمان كه هولوگرافي ناميده مي‌شود، عمل مي‌كند.
هولوگرافي در فيزيك نظري، داراي اصول مشابه برچسب هولوگرام موجود بر روي اسكناس است. در اين روش تصاوير سه‌بعدي در يك سطح دوبعدي جا داده شده است. مفهوم هولوگرافي در فيزيك در دهه 1970، توسط استيفن و جاكوب بكنشتين توسعه يافت تا بتواند خواص سياهچاله‌ها را توصيف كند. كارهاي آنها به مفهومي منجر شد كه بر اساس آن، يك كره فرضي مي‌تواند اطلاعات لازم را درباره جرم داخلش در خود ذخيره كند. در دهه 1990 ميلادي / 1370 شمسي، هوفت و لئونارد ساسكيند از دانشگاه استنفورد پيشنهاد كردند كه اين چارچوب مي‌تواند به تمام جهان تعميم داده شود. اصل هولوگرافيك پيشنهادي آنها در بسياري از تئوري‌هاي بنيادين علم فيزيك مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
ورليند از اين اصل هولوگرافيك استفاده كرد تا دريابد كه براي يك جرم كوچك، در فاصله مشخصي از يك جسم بزرگ‌تر مانند يك ستاره يا سياره چه اتفاقي مي‌افتد. وي نشان داد كه جابه‌جايي اندك اين جسم كوچك به معناي تغيير محتواي اطلاعات يا آنتروپي در سطح هولوگرافيك فرضي بين دو جسم است. اين تغيير اطلاعات با تغييرات انرژي سيستم مرتبط است.
ورليند از اصول آماري براي درنظر گرفتن تمام حركات ممكن جرم كوچك و تغييرات انرژي مربوط به آن استفاده كرد. وي كشف كرد كه از نظر ترموديناميكي، حركت جسم كوچك به سمت جسم بزرگ‌تر محتمل‌تر از ساير جابه‌جايي‌ها است. اين اثر را مي‌توان به صورت يك نيروي خالص كه هر دو جسم را به سمت يكديگر مي‌كشد، نگاه كرد. فيزيكدانان اين را نيروي آنتروپي مي‌نامند؛ زيرا از تغييرات محتواي اطلاعات سرچشمه مي‌گيرد.
با ايجاد ارتباط بين محتواي انرژي و رابطه معروف اينشتين براي جرم و انرژي، قانون جاذبه نيوتن مستقيما استخراج مي‌شود. اين نسخه نسبيتي تنها گام كوچكي به جلو به حساب مي‌آيد و مي‌تواند براي هر دو جسم اعمال شود. ورليند مي‌گويد: «يافتن مجدد قوانين نيوتن مي‌تواند يك تطابق خوش‌يمن باشد.»
چرا كسي زودتر به اين فكر نيفتاده بود؟
مقاله ورليند ستايش برخي از فيزيكدانان را به دنبال داشته‌است. رابرت ديجگراف از رياضي‌فيزيك‌دانان برجسته دنيا در دانشگاه آمستردام، ظرافت مفاهيم كار ورليند را تحسين مي‌كند. وي مي‌گويد: «مساله تعجب‌آور اين است كه هيچ كسي قبلا به اين موضوع فكر نكرده است. اين ايده بسيار ساده و متقاعد كننده به نظر مي رسد.»
اما برخي از فيزيكدانان نظرات مخالفي دارند. برخي اعتقاد دارند كه ورليند در استخراج معادلات خود، به دليل اينكه از خود جاذبه شروع كرده، دچار استدلال دور شده است. برخي ديگر نيز نگراني‌هايي را در خصوص رياضيات ناچيز مورد استفاده ورليند ابراز كرده‌اند.
استنلي دسر از دانشگاه برندايس ماساچوست، كه كارهايش باعث گسترش قلمرو نسبيت شده مي‌گويد: «به‌نظر مي‌رسد كار ورليند يك راه اميدبخش است. اما كارهاي وي تمام عقايد تعصب‌آميز ما را درباره نيوتن و هوك تا اينشتين به چالش مي‌كشد، چيزي كه قبول آن خيلي سخت است.»
ورليند تاكيد مي‌كند كه مقاله وي تنها گام نخست در اين موضوع است. وي مي‌گويد: «ايده من هنوز در حد يك نظريه نيست، اما پيشنهادي براي براي يك الگو يا چارچوب جديد است. قسمت سخت كار تازه آغاز شده است.»
