آیا ما در دنیا هولوگرافیک زندگی می کنیم؛ قسمت آخر - مجله آیرخ

جهت دریافت مشاوره خدمات طراح کاتالوگ از بهترین و مجربترین طراحان کشور همراه ما باشید. از طراحی تا چاپ کاتالوگ های تبلیغاتی حرفه ای را با بهترین قیمت از ما بخواهید.

به گزارش خبرنگاران به نقل از زومیت، اگر اهل تماشای سریال Rick and Morty باشید، حتما آن قسمت از سریال را به خاطر دارید که ریک و مورتی وارد باتری سفینه فضایی شان می شوند که در واقع میکروجهانی است که ریک درون باتری خلق نموده. کمی بعد متوجه می شویم که مردمان این میکروجهان هم جهانی کوچک تری برای خودشان داخل باتری خلق نموده اند؛ جهانی در جهانی در جهان دیگر؛ چیزی شبیه عروسک ماتریوشکا یا جعبه هایی با اندازه های متفاوت که درون یکدیگر قرار گرفته اند.

حالا اگر اهل بازی باشید، حتما در جریان بازی های سبک شبیه سازی مثل The Sims (که نامش از واژه simulation به معنی شبیه سازی گرفته شده است)، Minecraft و بازی های مشابه هستید که در آن مثل ریک می توانید جهانی خودتان را آن طور که دوست دارید، خلق کنید.

حالا تصور کنید افراد شبیه سازی شده بازی شما هم جهانی دیگری داخل این جهانی مجازی خلق نمایند. تصورش ممکن است؛ چون جعبه عظیم تر همواره از جعبه کوچک تر درونش خبر دارد. اما آیا این جعبه کوچک از وجود جعبه عظیم تر که آن را در بر گرفته، مطلع است؟

موجود شبیه ساز درون باتری سفینه ریک در حال نشان دادن جهانی شبیه ساز خود در باتری دیگر

حالا بیاید خودمان را جای این جعبه بگذاریم. ما از جهانهای شبیه سازی شده در بازی های کامپیوتری و فیلم ها مطلعیم؛ اما آیا می توانیم تصور کنیم که خود ما نیز در جهانیی شبیه سازی شده زندگی می کنیم؟ یعنی ما جعبه کوچک تری هستیم درون جعبه ای عظیم تر. واکنش ما به این ادعا احتمالا همانقدر ناباورانه و بی اعتنا است که واکنش ریک اگر قرار بود به او بگوییم او چیزی جز یک کاراکتر تخیلی در کارتونی دوبعدی نیست.

این مقدمه طولانی را گفتم تا قبل از پرداختن به اینکه آیا جهانی ما هولوگرام است یا خیر، این نکته را در نظر بگیریم که طبیعی است تصور چنین مفهومی برای ما بسیار سخت و حتی ناممکن باشد (و چون تصورش سخت است، الزاما دلیل بر نادرست بودن قطعی آن نیست)؛ اما وقتی در فرمول های ریاضی، جهان به صورت هولوگرافیک در نظر گرفته می گردد، کار فیزیکدان ها بسیار ساده تر خواهد شد. به عبارت دیگر، تصور جهان هولوگرافیک در معادلات ریاضی آسان تر از تصور آن در ذهن است. در دو قسمت قبلی این مقاله نکات مختلفی بیان شد و اکنون نظر شما را به قسمت آخر مقاله جلب می کنیم.

چطور می گردد ثابت کرد جهان یک هولوگرام است

برای اثبات هولوگرافیک بودن جهان، احتیاج است مقادیر فیزیکی با استفاده از نظریه میدان کوانتومی و نظریه گرانش در فضای مسطح محاسبه شوند و نتایج باید با نتایجی که از آنالیز فضای پاددوسیتر بدست آمده است، یکسان باشد.

به عنوان مثال، نظریه انفجار عظیم پیش بینی کرد که این احتمال وجود دارد تا بشر بتواند نوعی انرژی باقی مانده از انبساط شدید را که 13.8 میلیارد سال پیش باعث پیدایش کیهان شده بود، پیدا کند؛ و در دهه 1960، ستاره شناسان دقیقا این انرژی را به شکل تابش زمینه کیهانی یافتند.

از زمانی که ایده هولوگرافیک بودن جهان مطرح شده است، محققان زیادی به دنبال اثبات آن بوده اند.

در سال 2015، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه تکنولوژی وین تصمیم گرفت با آزمایشی نشان دهد آیا درهم تنیدگی کوانتومی که یکی از ویژگی های اصلی مکانیک کوانتومی است، می تواند با نظریه گرانش بازسازی گردد.

وقتی دو ذره کوانتومی در هم تنیده می شوند، دیگر نمی توان آن ها را جدا از هم توصیف کرد؛ بلکه این دو یک شیء کوانتومی واحد را تشکیل می دهند، حتی اگر فاصله زیادی بین شان باشد. مقیاس اندازه گیری درهم تنیدگی یک سیستم کوانتومی را آنتروپی درهم تنیدگی می نامند. این تیم تحقیقاتی بعد از سال ها کوشش توانست نشان دهد این آنتروپی وقتی در نظریه گرانشی و نظریه میدان کوانتومی برای فضاهایی چون جهان ما محاسبه می گردد، مقادیر یکسانی به خود می گیرد.

نکته حیرت انگیزی که درباره اصل درهم تندیگی وجود دارد این است که هر ذره همواره از حال ذره دیگر باخبر است؛ حتی اگر 10 میلیارد کیلومتر از آن فاصله داشته باشد. این نظریه در تناقض با اصل معروف انیشتین است که می گوید هیچ ارتباطی نمی تواند سریع تر از نور حرکت کند. از آن جایی که شکستن سرعت نور برابر با شکستن مرز زمان است، فیزیکدان ها بر آن شدند تا به نوعی این یافته را بدون نقض اصل انیشتین شرح دهند. یکی از این روش ها یاری دریافت از اصل هولوگرافیک بود.

به گفته یکی از اعضای تیم، این محاسبه تصور ما را مبنی بر اینکه اصل هولوگرافیک می تواند در خصوص فضاهای مسطح نیز صدق کند، تأیید می نماید. این همان مدرکی است که اعتبار این تناظر در جهان واقعی را ثابت می نماید.

در مقابل این دیدگاه بسیار خوشبینانه، دنیل گرومیلر، عضو دیگری از این تیم، گفت این محاسبات با استفاده از نظریه گرانشی سه بعدی و نظریه زمینه کوانتومی دوبعدی انجام شده است؛ درحالی که جهان واقعی شامل سه بعد فضایی به اضافه بعد زمان است.

در قدم بعدی باید محاسبات یک بعد دیگر را نیز در نظر گرفته گردد. ضمناً مقادیرِ بسیار دیگری وجود دارد که باید بین نظریه گرانشی و نظریه میدان های کوانتومی تناظر برقرار کند و آنالیز همه این عوامل، یک پژوهش دنباله دار است.

تحقیقات محققان انگلیسی، ایتالیایی و کانادایی در سال 2017 کوششی بود تا نشان دهد اصل هولوگرافیک می تواند در خصوص جهان ما صدق کند.

در دهه های اخیر پیشرفت تلسکوپ و تجهیزات سنجش، به دانشمندان این امکان را داده است تا حجم وسیعی از داده پنهان در نویز سفید یا ریزموج ها را که از زمان پیدایش جهان ایجاد شده اند، شناسایی نمایند. این تیم با استفاده از این اطلاعات توانست مقایسه های پیچیده ای در رابطه با شبکه ای از ویژگی های این داده و نظریه ی میدان کوانتومی انجام دهد. آن ها متوجه شدند که بعضی از ساده ترین نظریات میدان کوانتومی می تواند تقریبا تمام مشاهدات کیهان شناسی جهان اولیه را شرح دهد.

پروفسور اسکندریس، یکی از محققان این تیم، می گوید:

هولوگرافی یک گام عظیم به سمت جلو در طرز نگرش ما به ساختار و پیدایش جهان است. نظریه نسبیت عام انیشتین تقریبا هر چیزی را در جهان در مقیاس عظیم شرح می دهد؛ اما وقتی می خواهد منشأ و مکانیزم جهان را در سطح کوانتومی آنالیز کند، آغاز به از هم پاشیدن می نماید. دانشمندان ده ها سال است در کوشش اند نظریه گرانش را با نظریه کوانتومی پیوند بزنند. بعضی معتقدند که اصل جهان هولوگرافیک این پتانسیل را دارد تا این دو نظریه را با هم آشتی دهد.

شاید پرسروصداترین تحقیق در این زمینه مربوط فرمیلب (Fermilab - آزمایشگاه فیزیک ذرات و شتاب دهنده آمریکایی) باشد که در سال 2015 کوشش کرد از طریق ابزار هولومتر،که در واقع یک اشاره گر لیزری بسیار عظیم و قدرتمند است، ثابت کند جهان همچون نمایش ویدیویی چهاربعدی است که از بیت های پیکسلی اطلاعات زیراتمی (10 تریلیون تریلیون بار کوچک تر از اتم) تشکیل شده.

دستگاه هولومتر برای اثبات ماهیت پیکسلی جهان

به چشم ماکروسکوپی ما، همه چیز در اطراف مان سه بعدی به نظر می رسد. اما همان طور که با نزدیک کردن صورت به صفحه نمایش تلویزیون می توان پیکسل های تصویر را دید، این تیم تحقیقاتی سعی داشت نشان دهد با خیره شدن به ماده در مقیاس ریزاتمی، می توان بیت مَپ جهان هولوگرافیک را نمایان کرد.

به گفته رابرت لانزا، یکی از محققان این تیم، این پروژه کوششی بود در جهت معین اینکه آیا برای دقت اندازه گیری موقعیت نسبی اشیاء عظیم محدودیتی وجود دارد یا خیر. اگر چنین حدی وجود داشته باشد، می توان گفت اطلاعاتی که جهان می تواند ذخیره کند، محدود است. این فرضیه در راستای اصل هولوگرافیک است که حد ذخیره اطلاعات در فضا-زمان را پیش بینی می نماید و می گوید فضا-زمان به ظاهر سه بعدی ما توسط حجم محدودی از اطلاعات دوبعدی رمزگذاری شده است.

به اعتقاد کریگ هوگان (مدیر مرکز فرمیلب)، واقعیت مقدار محدودی اطلاعات در خود گنجانده است و وقتی با دقت بسیار بالا روی اجزای سازنده آن متمرکز شویم، ممکن است متوجه شویم که تصاویر مانند تماشای آنلاین سریال وقتی که پهنای باند محدود می گردد، کمی تار و لرزان است.

هوگان و تیمش برای پیدا کردن چنین تصویر تاری از جهان، سعی کردند به یاری هولومتر ببینند در مقیاس فوق کوچک زیرمیکروسکوپی، آیا گنجایش اطلاعاتی که در فضا-زمان وجود دارد، محدود است یا خیر.

دیدگاه استاندارد این است که تاروپود واقعیت به هم پیوسته است؛ اما تیم هوگان درصدد بود ثابت کند در مقیاس بی نهایت کوچک، واقعیت به صورت پیکسلی است و در واقع وضوح واقعیت، حد مشخصی دارد.

آزمایش های این تیم البته نتوانست چنین فرضیه ای را ثابت کند؛ ولی هوگان همچنان مصر است که نبود لغزش (jitter) کوانتومی در فضا، دلیلی بر رد اصل هولوگرافیک نیست. از نظر او، درست است که ثابت شد فضا دارای لغزش نیست و تصاویر آن حتی زیر دستگاه هولومتر، تار و پیکسلی نمی گردد؛ اما اثبات چرخش (twist) کوانتومی می تواند گام بعدی برای آنالیز اصل هولوگرافیک باشد.

او در خصوص هولومتر گفت: این یک تکنولوژی جدید است و اولین نمونه برای مطالعه همبستگی های عجیب. این تازه اولین نگاه درون یک میکروسکوپ تازه اختراع شده است.

البته ساسکیند که به نوعی بنیانگذار اصل هولوگرافیک است، پیش فرض این آزمایش را رد نموده و معتقد بود این آزمایش نمی تواند مدرکی برای اصل هولوگرافیک ارائه دهد.

اما جدیدترین کوشش محققان برای اثبات اصل هولوگرافیک مربوط به مطالعه دانشگاه کالیفرنیا در سال 2019 است که در آن مدل هولوگرافیکی برای جهان دوسیتر با برش دو جهان پاددوسیتر و چسباندن مرزهای آن ها به یکدیگر طراحی شده است.

مثل تناظر AdS/CFT، این مدل هم دست ساز و معادل دقیق جهان واقعی نیست؛ اما بعضی از اصول ساخت آن می تواند به هولوگرام های واقعی تری از فضا-زمان بسط داده گردد. به گفته سرپرست این تیم، شی دانگ، این مدل جدید چارچوب یکپارچه ای برای گرانش کوانتومی در فضای دوسیتر است.

مشکل فضای پاددوسیتر این است که مرزهای آن بی نهایت از مرکزش دور است. برای حل مشکل بی نهایت، این تیم تحقیقاتی منطقه فضا-زمان را در شعاعی وسیع برش زد و با اضافه کردن مفاهیمی از نظریه ریسمان، به آن خمیدگی مثبت داد. طی این فرایند، فضای زین مانند پاددوسیتر شبیه فضای کاسه شکل دوسیتر شد. سپس فیزیکدان ها با چسباندن این دو کاسه به یکدیگر، توانستند یک سیستم کوانتومی یکتا تشکیل دهند که در مقایسه با فضای کروی دوسیتر، مانند هولوگرام تنها دو بعد دارد.

با فرض جهان هولوگرافیک؛ چه اتفاقی برای زندگی روزمره ما خواهد افتاد

به طول کلی باید گفت اتفاق خاصی در زندگی روزمره ما نخواهد افتاد. همان قوانین فیزیکی که در تمام عمر با آن ها زندگی نموده ایم، همچنان به همان صورت در کنارمان خواهند ماند. خانه، ماشین و تمام اجسامی که ظاهری سه بعدی دارند، همچنان سه بعدی به نظر خواهند رسید؛ حتی اگر بدانیم واقعیت چیز دیگری است.

اما اگر بخواهیم عمیق تر به قضیه نگاه کنیم، اثبات هولوگرافیک بودن جهان، انقلاب عظیمی در فهم و درک ما از هستی ایجاد خواهد نمود.

درست همان طور که نظریه انفجار عظیم یا نظریه درهم تنیدگی، تأثیر چندانی در زندگی روزمره ما ندارد، اثبات هولوگرافیک بودن جهان هم در فرایند عادی زندگی ما تأثیر چندانی نخواهد گذاشت؛ اما همان طور که کشف بیگ بنگ برای فهم ما از تاریخچه جهان و جای ما در کیهان حیاتی است، اثبات این اصل می تواند به همان اندازه مهم باشد و درباره ماهیت بنیادین جهان، حقایق کاملا غیر منتظره ای پیش روی بشر بگذارد.

نتیجه گیری

با تمام این اوصاف، آیا ما در جهان هولوگرافیک زندگی می کنیم یا خیر؟ واقعیت این است که حتی اگر تناظر AdS/CFT برای حل مسئله گرانش کوانتومی مفید واقع گردد، باز هم نمی شد گفت ما صددرصد در جهانی هولوگرافیک زندگی می کنیم. اینکه این تناظر راهی برای حل مسائل گرانشی پیدا می نماید، به این معنی نیست که باید هرچه در خصوص جهان سه بعدی می پنداشتیم دور بریزیم و با قاطعیت بگوییم ما در واقع در مرزی دو بعدی بدون گرانش زندگی می کنیم؛ و حتی اگر در یک هولوگرام زندگی می کردیم ، به هر حال نمی توانستیم تفاوت را تشخیص دهیم.

اما داشتن دید باز، پرسیدن سؤال های عجیب و کوشش برای محقق کردن ایده های به ظاهر غیر ممکن، بشر را به این نقطه از پیشرفت در تکنولوژی رسانده است و همین طرز فکر ما را به پیشرفت های عظیم تر و اکتشافات شگفت انگیز تر در کیهان خواهد رساند.

زمانی نهایت درک ما از ذخیره اطلاعات، حجمی کمتر از دو مگابایت روی فلاپی دیسک بود. حالا تعداد مراکز داده در جهان تا سال 2021 به 7.2 میلیون خواهد رسید و گنجایش اطلاعات ذخیره شده در آن ها به 1327 اگزابایت (1327 میلیارد گیگابایت) می رسد. تصور کنید اگر کل داده موجود در جهان قرار بود در کتاب ذخیره گردد، می شد کل مساحت چین را با 15 لایه کتاب پوشاند. این حجم داده مطمئنا تا صد سال دیگر چند صد برابر خواهد شد و شاید زمانی بشر به چنان حجمی از اطلاعات برسد که بتواند کل کیهان را با آن توصیف کند و شاید آن روز بتوان ثابت کرد جهان ما یک هولوگرام است.

سرانجام