کائنات می‌تواند ساده باشد – شاید ما عاملی باشیم که آن را پیچیده می‌کند، بر پایه مقاله‌ای جدید دربارهٔ گرانش کوانتومی که پروفسور برایان کاکس «هیجان‌انگیز» نامید
فیزیک‌دان بریتانیایی همچنین فوترنوتی واقعاً الهام‌بخش در این پیش‌چاپ را تحسین کرد.
مقالهٔ پیچیده، فوترنوت خنده‌دار.
اعتبار تصویر: kakteen/Shutterstock.com
مکانیک کوانتومی و نسبیت عام دو ستون اصلی فیزیک قرن بیستم هستند. در هر یک از حوزه‌های خود، دانشمندان بارها ثابت کرده‌اند که این نظریه‌ها چه‌قدر صحت دارند. با این‌حال می‌دانیم که این نظریه‌ها محدودیت‌هایی دارند. به‌ویژه در دو حوزهٔ بسیار مهم – سیاهچاله‌ها و بیگ بنگ – این دو به‌خوبی با یکدیگر سازگار نیستند.
جستجو برای یافتن نظریهٔ همه‌چیز، یا حداقل نظریه‌ای که هم‌خواص کوانتومی واقعیت و هم گرانش را در بر بگیرد، هنوز ادامه دارد. چندین کاندیدا وجود دارند و محدودیت‌های آن‌ها به‌طور مستمر مورد بررسی است. در حال حاضر بیشتر این نظریه‌ها فراتر از توانایی آزمایش ما هستند؛ معمولاً ما مکانیک کوانتومی یا نسبیت را آزمایش می‌کنیم، برای مثال به‌تازگی با برخوردهای سیاهچاله‌ای.
نظریهٔ ریسمان و گرانش حلقوی کوانتومی پیشروهای اصلی در مسیر نظریهٔ یکپارچهٔ بزرگ هستند. نظریهٔ ریسمان ذرات بنیادی را نه به‌صورت نقطه‌ای، بلکه به‌صورت رشته‌های یک‌بعدی می‌داند که ویژگی‌هایشان ناشی از نحوه ارتعاش آن‌ها است. جایگزینی دیگر گرانش حلقوی کوانتومی است که در آن فضا به‌صورت تقسیم‌پذیری بی‌نهایت نیست، بلکه شامل قطعات ابتدایی است که به‌صورت حلقه‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند.
در نظریهٔ گرانش کوانتومی گونه‌های متعددی وجود دارد؛ برای مثال نسخه‌ای که گرانش را از انتروپی استخراج می‌کند. این نظریه‌ها بر پایهٔ ریاضیات پیشرفته‌ای ساخته شده‌اند که سعی می‌کنند این دایرهٔ خاص را حل کنند – و اکنون به مرکز این مقالهٔ جدید می‌رسیم که پروفسور برایان کاکس آن را بسیار دل‌نشین یافت.
این مقاله – پیش‌چاپی که هنوز مورد داوری همتا قرار نگرفته و توسط دنیل هارلو، میخایل‌او ساتیوک و یینگ ژائو از MIT و مؤسسهٔ کاولی برای فیزیک نظری نوشته شده است – بر فضای هیلبرت گرانش کوانتومی متمرکز است. فضای هیلبرت تعمیمی از فضای اقلیدسی (که برای هندسهٔ سه‌بعدی استفاده می‌کنیم) به ابعاد بی‌نهایت است. حال اگر این مفهوم را در یک جهان بسته، یعنی جهانی که در نهایت ممکن است به «فشردگی بزرگ» منجر شود، اعمال کنیم، پدیده‌ای عجیب رخ می‌دهد.
این فضای هیلبرت که می‌تواند ابعاد بی‌نهایتی داشته باشد، وقتی در زمینه گرانش کوانتومی در یک جهان بسته به کار گرفته می‌شود، در واقع یک‌بعدی می‌شود. پیامد مهم این موضوع – که خود دلیل فوترنوت است – این است که چنین جهانی نمی‌تواند ناظر خارجی داشته باشد.
«این مقاله – که واقعاً فنی است اما به نظر من برای حداقل خواندن (اگر نه درک کامل) هیجان‌انگیز است، به‌ویژه اگر به گرانش کوانتومی، سیاهچاله‌ها یا هولوگرافی علاقه داشته باشید – حتماً یکی از بهترین فوترنوت‌ها را دارد. «ما پیامدهای الهیاتی این بیان را به‌عنوان تمرینی برای خواننده می‌گذاریم»،» کاکس در پست شبکه‌های اجتماعی‌اش گفت.
این به این معنا نیست که این مطالعه وجود یا عدم وجود موجودی خالق که به جهان نگریسته است را ثابت یا رد می‌کند. در همان جهان یک‌بعدی، حتی ما نیز نتوانستیم وجود داشته باشیم. با این حال، مقاله به این می‌پردازد که چگونه ناظر مشابه ما را می‌توان در چنین جهانی جای داد، با بهره‌گیری از اصول هولوگرافی که به‌عنوان مثال، یک سطح صاف می‌تواند تمام اطلاعات یک جسم سه‌بعدی را در خود نگه دارد.
گرچه این مقاله ادغام دشوار نسبیت و مکانیک کوانتومی را حل نکرده است، اما ممکن است کاربردی در فیزیک سیاهچاله‌ها داشته باشد. اگر این‌گونه نباشد، حداقل فوترنوت آن به‌سرنوشت خود در تاریخ علم خواهد رفت.
پیش‌چاپ این مقاله در arXiv منتشر شده است.