آیا جهان ما یک هولوگرام است؟

توصیف جهان نیاز به ابعاد کمتری از آنچه که ما تصور می‌کنیم، دارد. محاسبات جدید نشان می‌دهد که این تنها یک ترفند ریاضی نیست بلکه یک ویژگی بنیادی فضا است.

در نگاه اول، کوچک‌ترین شکی وجود ندارد: برای ما جهان سه بعدی دیده می‌شود. اما یکی از مفیدترین نظریه‌های فیزیک نظری در دو دهه اخیر به چالش کشیدن این فرض است. «اصل هولوگرافیک» ادعا می‌کند که یک توصیف ریاضی از جهان نیاز به یک بعد کمتر از آنچه دیده می‌شود، دارد. آنچه ما به صورت سه بعدی درک می‌کنیم ممکن است تصویری از فرآیندهای دو بعدی روی یک افق کیهانی عظیم باشد.تاکنون این اصل در جهان‌هایی با خمش منفی مطالعه شده است. این از دیدگاه نظری جالب است اما چنین فضاهایی با جهان ما کاملاً متفاوت است. نتایج به‌دست آمده توسط پژوهش‌گران اکنون پیشنهاد می‌کند که اصل هولوگرافیک حتی در فضا‌- زمان تخت نیز برقرار است.اصل هولوگرافیکهولوگرام‌های روی کارت‌های شناسایی و چک‌های بانکی شناخته شده هستند. آنها دو بعدی هستند ولی برای ما سه بعدی به نظر می‌رسند. جهان ما می‌تواند کاملاً اینگونه رفتار کند. دانیل گرومیلر از دانشگاه فنی وین گفت: «در سال ۱۹۹۷، فیزیکدانی به نام جوآن مالداسنا (Juan Maldacena) این ایده را پیشنهاد کرد که یک تناظر میان نظریه‌های گرانشی در فضا‌های پاد دوسیته خمیده(میدان‌های همدیس) از یک سو و نظریه ‌های میدان کوانتومی از سوی دیگر وجود دارد.»پدیده‌های گرانشی در نظریه با سه بعد فضایی توصیف می‌شوند، رفتار ذره کوانتومی در نظریه‌ای با دو بعد فضایی محاسبه می‌شود و نتیجه هر دو محاسبه قابل تبدیل به یکدیگر هستند. چنین تناظری کاملاً شگفت‌آور است. این شبیه به این است که متوجه شویم معادلات یک کتاب درسی ستاره‌شناسی قابل استفاده برای تعمیر یک دستگاه پخش سی دی است. اما این روش اثبات شده که بسیار موفق است. بیش از ده هزار مقاله علمی در مورد «تناظر AdS/CFT» مالداسنا منتشر شده است.تناظر حتی در فضای تختبرای فیزیک نظری، این تناظر مهم است اما به نظر ربط چندانی با جهان ما ندارد. ظاهراً ما در چنین فضای پاد دوسیته‌ای زندگی نمی‌کنیم. چنین فضاهایی ویژگی‌های عجیبی دارند. آنها خمش منفی دارند. هر شیئی که روی خط مستقیم دور انداخته شود سرانجام برخواهد گشت. اما به گفته ی گرومیلر: «جهان ما در مقابل کاملاً تخت است و در فواصل نجومی خمش مثبت دارد.»اما گرومیلر مدتی این تصور را داشت که اصل تناظر می‌تواند برای جهان حقیقی ما نیز برقرار باشد. برای آزمودن این فرض، نظریه‌های گرانشی باید ساخته شوند که نیازی به فضای مرموز پاد دوسیته نداشته باشند بلکه در فضای تخت زندگی کنند. برای سه سال، او و تیمش از دانشگاه فنی وین در همکاری با دانشگاه ادینبورگ، هاروارد، IISER Pune، ام آی تی و دانشگاه کیوتو روی آن کار کردند. اکنون گرومیلر و همکارانش از هند و ژاپن مقاله‌ای در فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسانده‌اند که درستی اصل تناظر در فضای تخت را تایید می‌کند.

دو بار محاسبه با نتیجه مشابهگرومیلر می افزاید: «اگر گرانش کوانتومی در یک فضای تخت اجازه‌ی توصیف هولوگرافیک توسط یک نظریه کوانتومی استاندارد را می‌دهد، بنابراین باید کمیت‌های فیزیکی وجود داشته باشند که در هر دو نظریه قابل محاسبه هستند و نتایج باید مطابقت داشته باشند.» به طور خاص، یک ویژگی کلیدی مکانیک کوانتومی درهم‌تنیدگی کوانتومی است که باید در نظریه ی گرانشی نیز ظاهر شود.هنگامی‌که ذرات کوانتومی درهم‌تنیده می‌شوند، نمی‌توانند به صورت جداگانه توصیف شوند. آنها یک شیئ کوانتومی واحد تشکیل می‌دهند حتی اگر جدا از یکدیگر قرار گرفته باشند. معیاری برای میزان درهم‌تنیدگی در یک سیستم کوانتومی وجود دارد که «آنتروپی درهم‌تنیدگی» نامیده می‌شود. گرومیلر با همراهی آرجان باگچی، رودرانیل باسو و مکس ریگلر نشان دادند که این آنتروپی درهم‌ تنیدگی مقدار مشابهی در گرانش کوانتومی تخت و یک نظریه میدان کوانتومی با بعد پایین می‌گیرد.«این محاسبه، فرض ما مبنی بر اینکه اصل هولوگرافی می‌تواند در جهان تخت نیز تحقق یابد را تایید می‌کند. این گواهی بر درستی این تناظر در جهان ما است.» این گفته‌ی مکس ریگلر است. گرومیلر می‌گوید: « این حقیقت که ما می‌توانیم حتی در مورد اطلاعات کوانتومی و آنتروپی درهم‌تنیدگی در یک نظریه گرانشی نیز صحبت کنیم به خودی خود عجیب است و به سختی در چند سال پیش قابل تصور بود. اینکه ما اکنون قادر به استفاده از آن به عنوان ابزاری برای آزمودن اعتبار اصل هولوگرافیک هستیم و این آزمون کار می‌کند، کاملاً قابل توجه است.» اما به هرحال این اثبات نمی‌کند که ما در یک هولوگرام زندگی می‌کنیم اما ظاهراً شاهد در حال رشدی برای اعتبار اصل تناظر در جهان ما وجود دارد. این تحقیق درفیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.

منبع: Is the universe a hologram