میخوام بدونم چرا زمین نیرکی جاذبه دارد ممنون میشم به سوالم جواب بدید
گرانش، نیروی مرموزی است که هرچند نظریه نسبیت عام اینشتین، آنرا به خوبی توصیف میکند؛ اما منشا آن کماکان ناشناخته است. آیا میتوان جهتگیری آرایش اطلاعات اجسام مادی را در فضا عامل گرانش دانست؟
محمود حاجزمان: اگرچه نیروی جاذبه ابتدا توسط قوانین نیوتن و سپس نسبیت عام اینشتین به خوبی توصیف شد، با این وجود ما هنوز نمیدانیم چگونه خواص بنیادین جهان با هم ترکیب میشوند و این پدیده را ایجاد میکنند.
به گزارش نیوساینتیست، اریک ورلیند از دانشگاه آمستردام هلند، رویکرد جدیدی را برای توصیف نیروی جاذبه پیشنهاد کرده است. این فیزیکدان نظری و از تئوریسینهای برجسته نظریه ریسمان، استدلال میکند که جاذبه گرانشی ممکن است ناشی از جهت آرایش اطلاعات اجسام مادی در فضا باشد. وی میگوید: «از نظر من به عنوان یک فیزیکدان، این بسیار متقاعد کننده است.»
نخستین بار نیوتن با در نظر گرفتن جاذبه به عنوان نیروی بین اجسام، نشان داد که جاذبه چطور در مقیاسهای بزرگ عمل میکند. سپس اینشتین ایدههای نیوتن را در نظریه نسبیت عام خود اصلاح کرد. وی نشان داد که توصیف جاذبه بهوسیله انحنای چارچوب فضا-زمان توسط یک جسم، بهتر انجام میشود. همه ما ازآنرو به سمت زمین کشیده میشویم که جرم سیاره، چارچوب فضا-زمان پیرامون خود را خم کرده است.
اما این پایان ماجرا نیست. اگرچه نیوتن و اینشتین بینش عمیقی را برای درک نیروی جاذبه فراهم کردند، اما قوانین آنها تنها توصیفهای ریاضی است. این نظریهها تنها نحوه عملکرد جاذبه را تشریح میکنند، بدون اینکه بگوید جاذبه از کجا میآید. فیزیکدانان نظری تلاش زیادی را برای ایجاد ارتباط بین نیروی جاذبه با دیگر نیروهای بنیادین شناخته شده جهان انجام دادهاند. مدل استاندارد فیزیک که بهترین چارچوب ما برای توصیف دنیای زیراتمی است، شامل نیروی الکترومغناطیسی و نیروهای هستهای قوی و ضعیف است؛ اما نیروی جاذبه را دربر نمیگیرد.
بسیاری از فیزیکدانان نسبت به اینکه مدل استاندارد فیزیک بتواند در برگیرنده نیروی جاذبه باشد، تردید دارند. نیروی گرانش را میتوان بوسیله عملکرد ذرات فرضی گراویتون توصیف کرد، اما تاکنون مدرکی دال بر وجود این ذرات بهدست نیامده است. ضعف جنبه گرانشی نظریههای موجود، از دلایل اصلی ارائه تئوریهای جدید مانند نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی در دهههای اخیر بوده است.
آنتروپی، گرانش و هولوگرافی
کارهای ورلیند، رویکرد جدیدی را برای بررسی مساله گرانش پیشنهاد میکند. بنابر اعتقاد وی گرانش پدیدهای است که از خواص بنیادین فضا و زمان ایجاد میشود.
برای درک نگرش پیشنهادی ورلیند، مفهوم سیالیت آب را در نظر بگیرید. مولکولهای منفرد آب هیچ سیالیتی ندارند، اما مجموعه این مولکولها در کنار یکدیگر خاصیت سیالیت آب را به وجود میآورد. بهطور مشابه، نیروی گرانشی جزو خواص ذاتی مواد نیست. این نیرو یک اثر اضافی فیزیکی است که از اندرکنش جرم، فضا و زمان ایجاد میشود. ایده وی درباره نیروی جاذبه به عنوان یک نیروی آنتروپی، بر اصل اول ترمودینامیک استوار است که در حوزه نامتعارفی از توصیف فضا-زمان که هولوگرافی نامیده میشود، عمل میکند.
هولوگرافی در فیزیک نظری، دارای اصول مشابه برچسب هولوگرام موجود بر روی اسکناس است. در این روش تصاویر سهبعدی در یک سطح دوبعدی جا داده شده است. مفهوم هولوگرافی در فیزیک در دهه 1970، توسط استیفن و جاکوب بکنشتین توسعه یافت تا بتواند خواص سیاهچالهها را توصیف کند. کارهای آنها به مفهومی منجر شد که بر اساس آن، یک کره فرضی میتواند اطلاعات لازم را درباره جرم داخلش در خود ذخیره کند. در دهه 1990 میلادی / 1370 شمسی، هوفت و لئونارد ساسکیند از دانشگاه استنفورد پیشنهاد کردند که این چارچوب میتواند به تمام جهان تعمیم داده شود. اصل هولوگرافیک پیشنهادی آنها در بسیاری از تئوریهای بنیادین علم فیزیک مورد استفاده قرار میگیرد.
ورلیند از این اصل هولوگرافیک استفاده کرد تا دریابد که برای یک جرم کوچک، در فاصله مشخصی از یک جسم بزرگتر مانند یک ستاره یا سیاره چه اتفاقی میافتد. وی نشان داد که جابهجایی اندک این جسم کوچک به معنای تغییر محتوای اطلاعات یا آنتروپی در سطح هولوگرافیک فرضی بین دو جسم است. این تغییر اطلاعات با تغییرات انرژی سیستم مرتبط است.
ورلیند از اصول آماری برای درنظر گرفتن تمام حرکات ممکن جرم کوچک و تغییرات انرژی مربوط به آن استفاده کرد. وی کشف کرد که از نظر ترمودینامیکی، حرکت جسم کوچک به سمت جسم بزرگتر محتملتر از سایر جابهجاییها است. این اثر را میتوان به صورت یک نیروی خالص که هر دو جسم را به سمت یکدیگر میکشد، نگاه کرد. فیزیکدانان این را نیروی آنتروپی مینامند؛ زیرا از تغییرات محتوای اطلاعات سرچشمه میگیرد.
با ایجاد ارتباط بین محتوای انرژی و رابطه معروف اینشتین برای جرم و انرژی، قانون جاذبه نیوتن مستقیما استخراج میشود. این نسخه نسبیتی تنها گام کوچکی به جلو به حساب میآید و میتواند برای هر دو جسم اعمال شود. ورلیند میگوید: «یافتن مجدد قوانین نیوتن میتواند یک تطابق خوشیمن باشد.»
چرا کسی زودتر به این فکر نیفتاده بود؟
مقاله ورلیند ستایش برخی از فیزیکدانان را به دنبال داشتهاست. رابرت دیجگراف از ریاضیفیزیکدانان برجسته دنیا در دانشگاه آمستردام، ظرافت مفاهیم کار ورلیند را تحسین میکند. وی میگوید: «مساله تعجبآور این است که هیچ کسی قبلا به این موضوع فکر نکرده است. این ایده بسیار ساده و متقاعد کننده به نظر می رسد.»
اما برخی از فیزیکدانان نظرات مخالفی دارند. برخی اعتقاد دارند که ورلیند در استخراج معادلات خود، به دلیل اینکه از خود جاذبه شروع کرده، دچار استدلال دور شده است. برخی دیگر نیز نگرانیهایی را در خصوص ریاضیات ناچیز مورد استفاده ورلیند ابراز کردهاند.
استنلی دسر از دانشگاه برندایس ماساچوست، که کارهایش باعث گسترش قلمرو نسبیت شده میگوید: «بهنظر میرسد کار ورلیند یک راه امیدبخش است. اما کارهای وی تمام عقاید تعصبآمیز ما را درباره نیوتن و هوک تا اینشتین به چالش میکشد، چیزی که قبول آن خیلی سخت است.»
ورلیند تاکید میکند که مقاله وی تنها گام نخست در این موضوع است. وی میگوید: «ایده من هنوز در حد یک نظریه نیست، اما پیشنهادی برای برای یک الگو یا چارچوب جدید است. قسمت سخت کار تازه آغاز شده است.»
به گزارش گروه روی خط رسانه های خبرگزاری برنا، احتمالا شنیده اید که فیزیکدانان می خواهند دو فرضیه جاذبه و کوانتوم را یکی کنند تا نظریه “theory of everything” را ایجاد کرده و بتوانند جهان را با یک مجموعه معادلات کوچک و تمیز به عنوان یک مجموعه یا کل، کوچک و قابل مشاهده، نشان دهند.
فیزیک دانان نشان دادند که جاذبه، تحت تاثیر دنیای کوانتوم نیست. جاذبه چیزی است که تقریبا بر همه چیز در جهان تاثیر می گذارد و باعث می شود سیارات و ستارگان بچرخند. ستارگان سیاه چاله ها را بچرخانند، و نهایتا ما بتوانیم بر روی سیاره ثابت بمانیم.
در حالی که تمام اجرام عظیم موجود در جهان بر جاذبه تاثیر می گذارند، محققان بار دیگر نتوانستند ارتباطی میان جاذبه و مکانیک کوانتوم پیدا کنند. به بیان دیگر به نظر می رسد جاذبه کاری با مکانیک کوانتوم ندارد. و این به نوعی مایه نا امیدی در قبال فرضیه های ما برای تمام چیزها می شود.
بیایید کمی به عقب برگردیم، چرا که مسائل کوانتومی طبقه بندی شده می تواند باعث سردرگمی شوند.
اساسا در فیزیک دو فرضیه وجود دارد که می تواند جهان را توضیح دهد.
اول، فیزیک باستان؛ که شامل تمام کارهای انجام شده قبل از قرن ۲۰ است، و می تواند تقریبا رفتار تمام چیزهایی که می بینید، نظیر سیارات، ستارگان، انسان و غیره را توضیح دهد.
دوم، مکانیک کوانتوم؛ راهکاری جدیدتر و مدرن تر است و تلاش می کند رفتارهای عجیب کوچک ترین ذرات موجود در جهان مانند فوتون ها، الکترون ها و هیگ بوسون های فرار را توضیح دهد.
اما احتمالا شنیده اید که فیزیکدانان می خواهند این دو فرضیه را یکی کنند تا نظریه “theory of everything” را ایجاد کنند که بتواند جهان را با یک مجموعه معادلات کوچک و تمیز به عنوان یک مجموعه یا کل، کوچک و قابل مشاهده، نشان دهد.
آخرین تحقیق انجام شده هم در این راستا صورت گرفته و گروهی از دانشمندان چینی از دانشگاه علوم و فناوری هاژونگ در ووهان از فناوری جدید برای ردیابی هرگونه ارتباطی میان جاذبه و چرخش کووانتوم استفاده کردند، که در این صورت شواهد فیزیک باستان و فیزیک کوانتوم با هم مرتبط خواهند شد.
در نتیجه طبق نظریه نسبیت کلی، فرضیه تعریف شده از فیزیک باستان و تاثیر جاذبه بر تمام اشیاء، قابل شناسایی و مشخص است. این امر تحت عنوان قانون هم ارزی (تعادل) شناخته شده است.
جاذبه، اساسا به این معنی است که اگر اشیاء با حجم مشابه، در خلاء آزادانه رها شوند، مسیر یکسانی را دنبال خواهند کرد.
همان گونه که عجیب به نظر می رسد، ما برای چندین بار این امر را مشاهده کردیم. از زمانی که گالیله برای اولین بار آن را در برج پیزا در سال ۱۵۸۹ امتحان کرد.
اما دانشمندان این طور فرض می کنند که اگر ارتباطی میان فیزیک باستان و مکانیک کووانتوم وجود داشته باشد، در نتیجه حداقل یا تا حدی، جاذبه باید با توجه به گردش کوانتوم مواد متفاوت عمل کند.
گردش کوانتوم یک حرکت زاویه دار درونی است که عملکرد الکترون یا اتم را توضیح می دهد و به طور اساسی، اگر بتوانیم مشخص کنیم که بر جاذبه تاثیر دارد، در نتیجه می توانیم منتظر فرضیه واحدی در آینده باشیم.
دانشمندان در گذشته تلاش کردند که تاثیر کوانتوم بر جاذبه را مشخص کنند ولی موفق نشدند، اما در این چند آزمایش اخیر، تیم چینی در مقیاس بسیار بسیار کوچکتری آزمایش معروف سقوط آزاد از برج پیزا گالیله را بازسازی و امتحان کرند.
آن ها دو اتم روبیدیم با گردش های مخالف را گرفتند، آن ها را تا چند میلیونیم درجه بالای صفر مطلق آرام کردند و در لوله خلاء قرار دادند. سپس با نور لیزر از پایین ضربه کوچکی به آن ها زدند که آن ها را در لوله به سمت بالا حرکت داد. قبل از این که در نهایت سقوط کنند، آبشاری از اتم ها که به پایین و بالا می رفتند را ایجاد کردند.
محققان با استفاده از روشی به نام تداخل سنج اتمی، که موج طبیعی اتم ها را برای نظارت بر روی حرکاتشان با جزییات کامل استخراج می کند، سرعت اتم ها را در هر سقوط اندازه گرفتند.
آن ها متوجه شدند که علی رغم گردش مخالف، تقویت سقوط آزاد دو اتم در یک بخش از ۱۰ میلیون با همدیگر موافق هستند، که تا حد زیادی برابر هستند. هم چنین پیشنهاد می کند که جاذبه کوچکترین ارتباطی با گردش کوانتوم ندارد که برای فرضیه واحد پیش رو مشکل ساز خواهد بود.
اما این مطالعه نشان داده است که هیچ تاثیر قابل اندازه گیری بر جاذبه وجود ندارد. و همان طور که تاریخ نشان داده است دانشمندان به مرور در اندازه گیری اشیاء در حال پیشرفت هستند.
در نتیجه کلاهتان را سفت بچسبید و برای شمار بیشتری از این گونه تحقیقات در سال جدید آماده شوید.
اگر کسی تغییری در رفتار جاذبه پیدا کند یک قدم به فرضیه “theory of everything” نزدیک تر می شویم.
این پژوهش در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
https://www.borna.news/%D8%A8%D8%AE%D8%B4-%D8%B1%D9%88%DB%8C-%D8%AE%D8%B7-%D8%B1%D8%B3%D8%A7%D9%86%D9%87-%D9%87%D8%A7-5/479942-%D8%AC%D8%A7%D8%B0%D8%A8%D9%87-%D8%B2%D9%85%DB%8C%D9%86-%D8%A7%D8%B2-%D9%82%D9%88%D8%A7%D9%86%DB%8C%D9%86-%DA%A9%D9%88%D8%A7%D9%86%D8%AA%D9%88%D9%85%DB%8C-%D8%AA%D8%A8%D8%B9%DB%8C%D8%AA-%D9%86%D9%85%DB%8C-%DA%A9%D9%86%D8%AF
شکل ۱: فیزیکدانان هنوز در مورد اینکه چرا دقیقا سیب میافتد فکر میکنند.
منتشرشده در: مجله quanta به تاریخ ۱۵ ژوئن ۲۰۲۰
لینک منبع: Why Gravity Is Not Like the Other Forces
فیزیکدانان سه نیروی از چهار نیروی طبیعت-نیروی الکترومغناطیسی و نیروهای هستهای قوی و ضعیف-را به ریشه در ذرات کوانتومی ردیابی کردهاند. اما چهارمین نیروی بنیادی، گرانش، متفاوت است.
چارچوب فعلی ما برای درک جاذبه، که یک قرن پیش توسط آلبرت انیشتین ابداع شد، به ما میگوید که سیبها از درختان و سیارهها در مدار ستارگان قرار میگیرند زیرا آنها در امتداد منحنیها در زنجیره فضا-زمان حرکت میکنند. این منحنیها جاذبه هستند. طبق نظر انیشتین، جاذبه یک ویژگی فضا-زمان است؛ دیگر نیروهای طبیعت در آن مرحله بازی میکنند.
اما نزدیک مرکز یک سیاهچاله یا در اولین لحظات جهان، معادلات انیشتین میشکند. فیزیکدانان برای توصیف دقیق این افراط و تفریط به یک تصویر دقیقتر از جاذبه نیاز دارند. این نظریه حقیقیتر باید همان پیشبینیهایی را داشته باشد که معادلات انیشتین در همه جای دیگر انجام میدهند.
فیزیکدانان فکر میکنند که در این نظریه واقعی، جاذبه باید مانند دیگر نیروهای طبیعت، یک شکل کوانتومی داشته باشد. محققان از دهه ۱۹۳۰ به دنبال نظریه کوانتومی جاذبه بودهاند. آنها ایدههای کاندید را یافتهاند-به ویژه نظریه ریسمان، که میگوید جاذبه و همه پدیدههای دیگر از رشتههای مرتعش کوچک ناشی میشوند-اما تا کنون این احتمالات به صورت حدس و گمان باقی ماندهاند و کاملا درک نشدهاند. امروزه نظریه کوانتومی گرانش، شاید والاترین هدف در فیزیک باشد.
چه چیزی جاذبه را منحصر به فرد میکند؟ چه چیزی در مورد نیروی چهارم متفاوت است که محققان را از پیدا کردن توصیف کوانتومی اساسی آن باز میدارد؟ ما از چهار محقق جاذبه کوانتومی مختلف پرسیدیم. ما چهار جواب مختلف گرفتیم.
ممکن است به مطالعه مقاله کامپیوتر کوانتومی نوری قابلبرنامهریزی دیر اما پربار به بازار میآید! علاقمند باشید.
کلودیا دو رهم، یک فیزیکدان نظری در کالج سلطنتی لندن، بر روی نظریههای گرانش عظیم کار کرده است، که فرض میکند واحدهای کوانتیزه شده گرانش ذرات بزرگ هستند:
نظریه نسبیت عام انیشتین به درستی رفتار گرانش را نزدیک به ۳۰ درجه بزرگی از مقیاسهای زیر میلیمتر تا فواصل کیهانشناسی توصیف میکند. هیچ نیروی دیگری از طبیعت با چنین دقت و با چنین مقیاسهای متنوعی توصیف نشده است. با چنین سطحی از توافق بینظیر با آزمایشها و مشاهدات، به نظر میرسد که نسبیت عام میتواند توصیف نهایی گرانش را ارایه دهد. با این حال، نسبیت عام از این لحاظ قابلتوجه است که سقوط خود را پیشبینی میکند.
نسبیت عام، پیشبینیهای سیاهچالهها و انفجار بزرگ در منشا جهان ما را به دست میدهد. با این حال، «تکینگی» در این مکانها، نقاط اسرارآمیز که انحنای فضا-زمان به نظر نامحدود میرسد، به عنوان پرچمهایی عمل میکنند که شکست نسبیت عام را نشان میدهند. وقتی کسی به تکینگی در مرکز یک سیاهچاله یا تکینگی بیگ بنگ نزدیک میشود، پیشبینیهایی که از نسبیت عام استنتاج میشوند، ارایه جوابهای درست را متوقف میکنند. یک توصیف اساسی و اساسی از فضا و زمان باید به عهده بگیرد. اگر ما این لایه جدید فیزیک را کشف کنیم، ممکن است بتوانیم به درک جدیدی از فضا و زمان دست یابیم.
اگر جاذبه نیروی دیگری از طبیعت بود، میتوانستیم امیدوار باشیم که با آزمایشهای مهندسی که قادر به رسیدن به انرژیهای بیشتر و فواصل کمتر بودند، آن را عمیقتر بررسی کنیم. اما جاذبه نیروی معمولی نیست. سعی کنید آن را وادار کنید تا رازهایش را از یک نقطه مشخص آشکار کند، و دستگاه آزمایش خودش به درون یک سیاهچاله سقوط خواهد کرد.
دانیل هارلو، نظریهپرداز گرانش کوانتومی در موسسه فنآوری ماساچوست، به خاطر کاربرد نظریه اطلاعات کوانتومی در مطالعه گرانش و سیاهچالهها مشهور است:
سیاهچالهها دلیل سخت بودن ترکیب گرانش با مکانیک کوانتومی هستند. سیاهچالهها فقط میتوانند نتیجه جاذبه باشند چون جاذبه تنها نیرویی است که توسط تمام مواد احساس میشود.
این واقعیت که تمام ماده احساس میکند که جاذبه، محدودیتی را بر روی انواع آزمایشهایی که ممکن است، ایجاد میکند: هر دستگاهی که شما بسازید، مهم نیست از چه چیزی ساخته شدهاست، نمیتواند خیلی سنگین باشد، و یا لزوما به صورت گرانشی به درون یک سیاهچاله سقوط خواهد کرد.
درک ما از دیگر نیروهای طبیعت براساس اصل محل ساخته شدهاست، که میگوید متغیرهایی که آنچه را که در هر نقطه از فضا اتفاق میافتد توصیف میکنند-مانند قدرت میدان الکتریکی آنجا-میتوانند به طور مستقل تغییر کنند. علاوه بر این، این متغیرها، که ما آنها را «درجات آزادی» مینامیم، تنها میتوانند مستقیما بر همسایگان فوری آنها تاثیر بگذارند. محلی بودن برای روشی که ما در حال حاضر ذرات و تعاملات آنها را توصیف میکنیم مهم است زیرا روابط علی را حفظ میکند: اگر درجات آزادی در اینجا در کمبریج، ماساچوست، به درجه آزادی در سانفرانسیسکو بستگی داشته باشد، ممکن است قادر باشیم از این وابستگی برای دستیابی به ارتباط آنی بین دو شهر یا حتی ارسال اطلاعات به عقب در زمان، که منجر به نقض احتمالی علیت میشود، استفاده کنیم.
فرضیه محل در شرایط معمولی به خوبی آزمایش شده است، و ممکن است طبیعی به نظر برسد فرض کنیم که تا فواصل بسیار کوتاهی که مربوط به گرانش کوانتومی هستند امتداد مییابد (این فواصل کوچک هستند زیرا جاذبه بسیار ضعیفتر از نیروهای دیگر است). یک محاسبه ساده نشان میدهد، با این حال، دستگاهی که به اندازه کافی سنگین است تا از نوسانات بزرگ کوانتومی در موقعیت خود جلوگیری کند، که این آزمایش را خراب خواهد کرد، لزوما به اندازه کافی سنگین خواهد بود که به درون یک سیاهچاله سقوط کند! و بنابراین جاذبه کوانتومی نیازی به احترام به موقعیت در چنین مقیاسهای طولی ندارد.
در واقع، درک ما از سیاهچالهها تا کنون نشان میدهد که هر نظریه گرانش کوانتومی باید اساسا درجات آزادی کمتری نسبت به آنچه که براساس تجربه با دیگر نیروها انتظار داریم داشته باشد. این ایده در «اصل هولوگرافیک» تدوین شدهاست که به طور کلی میگوید تعداد درجات آزادی در یک منطقه فضایی با مساحت آن به جای حجم آن متناسب است.
مطالعه مقاله تکنولوژی GPT-3 چیست و چرا انقلابی در هوش مصنوعی ایجاد میکند؟ توصیه میشود.
خوان مالدازنا، نظریهپرداز گرانش کوانتومی در موسسه مطالعات پیشرفته در پرینستون، نیوجرسی، به خاطر کشف رابطه هولوگرام مانند بین گرانش و مکانیک کوانتومی مشهور است:
ذرات میتوانند بسیاری از پدیدههای جالب و شگفتانگیز را نمایش دهند. ما میتوانیم ایجاد ذرات خود به خودی، درهمتنیدگی بین حالتهای ذرات جدا از هم، و ذرات در برهمنهی وجود در موقعیتهای چندگانه را داشته باشیم.
در گرانش کوانتومی، خود فضا-زمان به روشهای جدید رفتار میکند. به جای خلق ذرات، ما آفرینش دنیاها را داریم. تصور میشود که درهمتنیدگی تانژانت باعث ایجاد ارتباط بین مناطق دور از فضا-زمان میشود. ما برهمنهی جهانها با فضا-زمان هندسی متفاوت داریم.
نسبیت عام از این لحاظ قابلتوجه است که سقوط خود را پیشبینی میکند.
علاوه بر این، از دیدگاه فیزیک ذرات، خلا فضا یک شی پیچیده است. میتوانیم بسیاری از هویتها را به نام فیلدهایی که بر روی هم قرار گرفتهاند و در سراسر فضا گسترده شدهاند، تصور کنیم. ارزش هر میدان به طور مداوم در فواصل کوتاه در حال نوسان است. ذرات اختلالی در این حالت خلا هستند. میتوانیم آنها را به عنوان عیوب کوچک در ساختار خلا تصور کنیم.
وقتی جاذبه را در نظر میگیریم، متوجه میشویم که گسترش جهان به نظر میرسد که بیشتر این ماده خلا را از هیچ تولید میکند. زمانی که فضا-زمان ایجاد میشود، فقط در حالتی است که با خلا بدون هیچ نقصی متناظر است. اینکه چگونه خلا دقیقا در آرایش درست ظاهر میشود یکی از سوالات اصلی است که ما باید پاسخ دهیم تا یک توصیف کوانتومی سازگار از سیاهچالهها و کیهانشناسی به دست آوریم. در هر دوی این موارد نوعی کشش فضا-زمان وجود دارد که منجر به ایجاد بیشتر ماده خلا میشود.
سرا کریمونینی، یک فیزیکدان نظری در دانشگاه لیف، بر روی نظریه ریسمان، گرانش کوانتومی و کیهانشناسی کار میکند:
دلایل زیادی وجود دارد که چرا جاذبه خاص است. اجازه دهید روی یک جنبه تمرکز کنم، این ایده که نسخه کوانتومی نسبیت عام انیشتین «غیرقابل اصلاح» است.
در نظریههای کوانتومی، وقتی که سعی میکنید محاسبه کنید که چگونه ذرات بسیار پر انرژی از یکدیگر پراکنده میشوند و با هم در تعامل هستند، جملات بینهایت ظاهر میشوند. در نظریههایی که قابل تعمیر هستند-که شامل نظریههایی است که همه نیروهای طبیعت را به غیر از گرانش توصیف میکنند-ما میتوانیم این بینهایت ها را به روشی سخت با اضافه کردن مقادیر دیگر که به طور موثر آنها را لغو میکنند، به اصطلاح ضد عبارات حذف کنیم. این فرآیند اصلاح مجدد منجر به پاسخهای منطقی فیزیکی میشود که با آزمایشها تا درجه بسیار بالایی از دقت موافق هستند.
مساله در مورد یک نسخه کوانتومی از نسبیت عام این است که محاسباتی که تعاملات گراوینهای بسیار پر انرژی-واحدهای کوانتیزه گرانش-را توصیف میکند، جملات بینهایت زیادی خواهد داشت. شما باید بینهایت ضد عبارات را در یک فرآیند بیپایان اضافه کنید. نرمالیزه شدن با شکست مواجه خواهد شد. به همین دلیل، یک نسخه کوانتومی از نسبیت عام انیشتین توصیف خوبی از گرانش در انرژیهای بسیار بالا نیست. باید برخی از ویژگیها و اجزای اصلی جاذبه زمین را از دست بدهد.
با این حال، ما هنوز هم میتوانیم با استفاده از تکنیکهای کوانتومی استاندارد که برای دیگر برهمکنشهای طبیعت کار میکنند، یک توصیف کاملا خوب تقریبی از گرانش در انرژیهای پایینتر داشته باشیم. نکته حیاتی این است که این توصیف تقریبی جاذبه در مقیاس انرژی-یا به طور معادل، زیر برخی طول شکسته خواهد شد.
بالاتر از این مقیاس انرژی، یا پایینتر از مقیاس طول مربوطه، ما انتظار داریم که درجات جدیدی از آزادی و تقارنهای جدید را بیابیم. برای درک دقیق این ویژگیها به یک چارچوب نظری جدید نیاز داریم. این دقیقا جایی است که نظریه ریسمان یا تعمیم مناسب میآید: طبق نظریه ریسمان، در فواصل بسیار کوتاه، خواهیم دید که گراوینها و ذرات دیگر اشیا گستردهشدهای هستند که رشتهها نامیده میشوند. مطالعه این احتمال میتواند درسهای ارزشمندی در مورد رفتار کوانتومی جاذبه به ما بدهد.
https://blog.tarjomyar.ir/%D8%A2%DB%8C%D8%A7-%D9%86%DB%8C%D8%B1%D9%88%DB%8C-%D8%AC%D8%A7%D8%B0%D8%A8%D9%87-%D8%B1%DB%8C%D8%B4%D9%87-%D8%AF%D8%B1-%D8%B0%D8%B1%D8%A7%D8%AA-%DA%A9%D9%88%D8%A7%D9%86%D8%AA%D9%88%D9%85%DB%8C-%D8%AF%D8%A7%D8%B1%D8%AF-rykadhfra7st
جاذبه یکی از نیروهای اساسی طبیعت است، اما برخی معتقدند که این نیرو میتواند تنها یک توهم باشد. گرانش یا جاذبه، یک پدیده طبیعی است که در آن همه اجسام دارای جرم یکدیگر را جذب میکنند.
به گزارش ایسنا، جاذبه یکی از پدیدههای مورد مطالعه در علم است. همچنین یک نیروی اساسی در جهان است، اما این پدیده چیست؟ ما در هر روز از زندگی خود این پدیده را تجربه میکنیم و در واقع بدون گرانش بدن دستخوش تغییرات جالبی میشود. پنج حقیقت جالب درباره گرانش یا جاذبه(gravity) شامل موارد زیر است.
۱. جاذبه در واقع یک نیرو نیست
گرچه این ممکن است کمی عجیب به نظر برسد اما گرانش ممکن است به هیچ وجه نیرو نباشد. آلبرت اینشتین گرانش را به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی میکند. در این نظریه فضا–زمان توسط هندسه ریمانی بررسی میشود. انحنای فضازمان مستقیماً با انرژی و تکانه کل ماده و تابش موجود متناسب است. این رابطه توسط سیستمی از معادلات دیفرانسیل با مشتقات پارهای به نام معادلات میدان اینشتین نمایش داده میشوند. نظریههای اینشتین به این معنا است که زمان و فضا در واقع توسط اجرام عظیم مانند سیارات و خورشید خم شده است.
۲. آهنربایی که روی یخچال میگذارید از گرانش زمین قویتر است
یکی از موضوعات شگفت آور این است که آن آهن ربای ریز روی یخچال قادر به مقابله با گرانش کل سیاره است. گرانش جزو ضعیفترین نیروهای اساسی در فیزیک است. همچنین همانطور که در اینجا گفته شد قدرت این نیرو در مقابل نیروی مغناطیسی که آهنربای روی یخچال دارد، کمتر است. سایر نیروها مانند نیروی هستهای قوی در هسته اتمهای آهنربا نیز از نظر قدرت نسبت به گرانش زمین بسیار برتر است.
۳. برخی از اجرام عظیم در واقع میتوانند امواج گرانشی ایجاد کنند
همانطور که قبلاً نیز اشاره شد، تئوریهای اینشتین توضیح میدهند که چگونه اجرام عظیم، فضا-زمان را تحریف میکنند. طبق گفته اینشتین با حرکت این اجرام موجهایی در لایه ای از فضا ایجاد میشود. جایزه نوبل فیزیک در سال ۲۰۰۷ نیز به دو دانشمند به نامهای "آلبر فر" و "پتر گرونبرگ" به دلیل کشف "اثر مقاومت مغناطیسی بزرگ" اهدا شد.
مقاومت مغناطیسی بزرگ یا GMR، تغییر ناگهانی در مقاومت الکتریکی است که هنگامی اتفاق میافتد که مادهای شامل لایههای فلزی متناوب فرو مغناطیسی و پارامغناطیسی، در معرض یک میدان مغناطیسی بزرگ قرار بگیرد، بخصوص اگر مغناطیدگی در لایههای مجاور موازی باشد، مقاومت بسیار کمتر خواهد شد و اگر ناموازی باشد مقاومت بسیار بالاتر خواهد رفت.
این تغییر مقاومت به خاطر الکترونهای اسپین بالا و پایین است که در لایههای منفرد پراکنده شدهاند. دانشمندان توانستند برخورد دو سیاه چاله که حدود ۱.۸ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند را مشاهده کنند. این سیاهچالهها واقعاً گسترده هستند و یکی از آنها ۳۱ برابر جرم خورشید ما و دیگری ۲۵ برابر جرم خورشید را داراست.
۴. گرانش روی زمین متفاوت است
زمین یک کره کامل نیست و تودهها و برآمدگیهای زیادی به شکل کوه و درههای عمیق دارد. ترکیب زمین نیز در سراسر جهان یکنواخت نیست. انواع مختلف سنگ، غلظت مواد معدنی و جغرافیا همه با هم تبانی میکنند تا چگالی در قسمتهای مختلفی ایجاد کنند.
این به طور مستقیم در جاذبههای مختلف در سطح زمین تأثیر میگذارد. این میتواند با سهولت نسبی اندازه گیری شود و سازمانهایی مانند ناسا در واقع این اثر را از فضا ترسیم کردهاند. آنها با استفاده از ماهواره "گریس" توانستند میزان کشش نسبی جاذبه زمین را اندازه بگیرند. بازیابی گرانش و آزمایش اقلیم که به اختصار گریس(GRACE) نامیده میشود، پروژه مشترک ناسا و مرکز هوافضای آلمان بود که دو ماهواره آن از زمان پرتاب در مارس ۲۰۰۲ تا پایان مأموریت در اکتبر ۲۰۱۷ به اندازهگیری دقیق ناهنجاری گرانشی در میدان گرانش زمین میپرداختند. گریس با اندازهگیری ناهنجاریهای گرانش نشان داد که چه اجرامی پیرامون زمین پراکنده شده و تغییرات آنها در طول زمان چقدر است.
دادههای ماهوارههای گریس ابزاری مهم در مطالعه اقیانوسها، زمینشناسی و اقلیمشناسی بهشمار میرود. دو ماهواره گریس(گریس-۱ و گریس-۲) از پایگاه فضایی پلستسک در روسیه در ۱۷ مارس ۲۰۰۲ به فضا پرتاب شدند. نقشههای ماهانه نمایش ناهنجاری گرانشی تهیه شده توسط گریس تا ۱۰۰۰ برابر دقیقتر از نقشههای پیشین بود و به طور قابل ملاحظهای دقت تکنیکهای مورد استفاده در اقیانوسنگاری، آبشناسی، یخچالشناسی، زمینشناسی و دیگر علومی که به مطالعه پدیدههای تأثیرگذار بر اقلیم میپردازند را بهبود بخشید. اندازهگیریهای گریس از کاهش ضخامت یخسارها تا جریان آب در آبخوانها و نمایش جریان ماگمای درون زمین به دانشمندان کمک کرد تا درک بهتری از این فرایندهای طبیعی داشته باشند.
۵. مکانیک کوانتومی و گرانش مخالف یکدیگرند
مکانیک کوانتومی به ما کمک میکند تا دریابیم که چگونه اتمها، مولکولها و سایر ذرات بنیادی برهمکنش دارند. مکانیک کوانتومی(Quantum mechanics) شاخهای بنیادی از فیزیک نظری است که با پدیدههای فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی سروکار دارد. از طرف دیگر ، نظریه نسبیت عام اینشتین به توضیح نحوه عملکرد همه چیز در مقیاس بزرگ کمک می کند. اما مسئله این است که به نظر میرسد که این دو تعریف در فیزیک با یکدیگر رابطه خوبی ندارند. در حالی که کارهای زیادی برای رفع این مشکل انجام شده است، اما هنوز هم یکی از بزرگترین چالشهای فیزیک مدرن است. احتمالاً این امر به این دلیل است که همانطور که قبلاً نیز اشاره کردیم، گرانش به خودی خود نیرو نیست.
https://www.isna.ir/news/98122720446/%DB%B5-%D8%AD%D9%82%DB%8C%D9%82%D8%AA-%D8%B4%DA%AF%D9%81%D8%AA-%D8%A7%D9%86%DA%AF%DB%8C%D8%B2-%D8%AF%D8%B1%D8%A8%D8%A7%D8%B1%D9%87-%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B4
گرانش، نیروی مرموزی است که هرچند نظریه نسبیت عام اینشتین، آنرا به خوبی توصیف میکند؛ اما منشا آن کماکان ناشناخته است. آیا میتوان جهتگیری آرایش اطلاعات اجسام مادی را در فضا عامل گرانش دانست؟
محمود حاجزمان: اگرچه نیروی جاذبه ابتدا توسط قوانین نیوتن و سپس نسبیت عام اینشتین به خوبی توصیف شد، با این وجود ما هنوز نمیدانیم چگونه خواص بنیادین جهان با هم ترکیب میشوند و این پدیده را ایجاد میکنند.
به گزارش نیوساینتیست، اریک ورلیند از دانشگاه آمستردام هلند، رویکرد جدیدی را برای توصیف نیروی جاذبه پیشنهاد کرده است. این فیزیکدان نظری و از تئوریسینهای برجسته نظریه ریسمان، استدلال میکند که جاذبه گرانشی ممکن است ناشی از جهت آرایش اطلاعات اجسام مادی در فضا باشد. وی میگوید: «از نظر من به عنوان یک فیزیکدان، این بسیار متقاعد کننده است.»ا
نخستین بار نیوتن با در نظر گرفتن جاذبه به عنوان نیروی بین اجسام، نشان داد که جاذبه چطور در مقیاسهای بزرگ عمل میکند. سپس اینشتین ایدههای نیوتن را در نظریه نسبیت عام خود اصلاح کرد. وی نشان داد که توصیف جاذبه بهوسیله انحنای چارچوب فضا-زمان توسط یک جسم، بهتر انجام میشود. همه ما ازآنرو به سمت زمین کشیده میشویم که جرم سیاره، چارچوب فضا-زمان پیرامون خود را خم کرده است.
اما این پایان ماجرا نیست. اگرچه نیوتن و اینشتین بینش عمیقی را برای درک نیروی جاذبه فراهم کردند، اما قوانین آنها تنها توصیفهای ریاضی است. این نظریهها تنها نحوه عملکرد جاذبه را تشریح میکنند، بدون اینکه بگوید جاذبه از کجا میآید. فیزیکدانان نظری تلاش زیادی را برای ایجاد ارتباط بین نیروی جاذبه با دیگر نیروهای بنیادین شناخته شده جهان انجام دادهاند. مدل استاندارد فیزیک که بهترین چارچوب ما برای توصیف دنیای زیراتمی است، شامل نیروی الکترومغناطیسی و نیروهای هستهای قوی و ضعیف است؛ اما نیروی جاذبه را دربر نمیگیرد.
بسیاری از فیزیکدانان نسبت به اینکه مدل استاندارد فیزیک بتواند در برگیرنده نیروی جاذبه باشد، تردید دارند. نیروی گرانش را میتوان بوسیله عملکرد ذرات فرضی گراویتون توصیف کرد، اما تاکنون مدرکی دال بر وجود این ذرات بهدست نیامده است. ضعف جنبه گرانشی نظریههای موجود، از دلایل اصلی ارائه تئوریهای جدید مانند نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی در دهههای اخیر بوده است.
آنتروپی،ی ورلیند، رویکرد جدیدی را برای بررسی مساله گرانش پیشنهاد میکند. بنابر اعتقاد وی گرانش پدیدهای است که از خواص بنیادین فضا و زمان ایجاد میشود.
برای درک نگرش پیشنهادی ورلیند، مفهوم سیالیت آب را در نظر بگیرید. مولکولهای منفرد آب هیچ سیالیتی ندارند، اما مجموعه این مولکولها در کنار یکدیگر خاصیت سیالیت آب را به وجود میآورد. بهطور مشابه، نیروی گرانشی جزو خواص ذاتی مواد نیست. این نیرو یک اثر اضافی فیزیکی است که از اندرکنش جرم، فضا و زمان ایجاد میشود. ایده وی درباره نیروی جاذبه به عنوان یک نیروی آنتروپی، بر اصل اول ترمودینامیک استوار است که در حوزه نامتعارفی از توصیف فضا-زمان که هولوگرافی نامیده میشود، عمل میکند.
هولوگرافی در فیزیک نظری، دارای اصول مشابه برچسب هولوگرام موجود بر روی اسکناس است. در این روش تصاویر سهبعدی در یک سطح دوبعدی جا داده شده است. مفهوم هولوگرافی در فیزیک در دهه 1970، توسط استیفن و جاکوب بکنشتین توسعه یافت تا بتواند خواص سیاهچالهها را توصیف کند. کارهای آنها به مفهومی منجر شد که بر اساس آن، یک کره فرضی میتواند اطلاعات لازم را درباره جرم داخلش در خود ذخیره کند. در دهه 1990 میلادی / 1370 شمسی، هوفت و لئونارد ساسکیند از دانشگاه استنفورد پیشنهاد کردند که این چارچوب میتواند به تمام جهان تعمیم داده شود. اصل هولوگرافیک پیشنهادی آنها در بسیاری از تئوریهای بنیادین علم فیزیک مورد استفاده قرار میگیرد.
ورلیند از این اصل هولوگرافیک استفاده کرد تا دریابد که برای یک جرم کوچک، در فاصله مشخصی از یک جسم بزرگتر مانند یک ستاره یا سیاره چه اتفاقی میافتد. وی نشان داد که جابهجایی اندک این جسم کوچک به معنای تغییر محتوای اطلاعات یا آنتروپی در سطح هولوگرافیک فرضی بین دو جسم است. این تغییر اطلاعات با تغییرات انرژی سیستم مرتبط است.
ورلیند از اصول آماری برای درنظر گرفتن تمام حرکات ممکن جرم کوچک و تغییرات انرژی مربوط به آن استفاده کرد. وی کشف کرد که از نظر ترمودینامیکی، حرکت جسم کوچک به سمت جسم بزرگتر محتملتر از سایر جابهجاییها است. این اثر را میتوان به صورت یک نیروی خالص که هر دو جسم را به سمت یکدیگر میکشد، نگاه کرد. فیزیکدانان این را نیروی آنتروپی مینامند؛ زیرا از تغییرات محتوای اطلاعات سرچشمه میگیرد.
با ایجاد ارتباط بین محتوای انرژی و رابطه معروف اینشتین برای جرم و انرژی، قانون جاذبه نیوتن مستقیما استخراج میشود. این نسخه نسبیتی تنها گام کوچکی به جلو به حساب میآید و میتواند برای هر دو جسم اعمال شود. ورلیند میگوید: «یافتن مجدد قوانین نیوتن میتواند یک تطابق خوشیمن باشد.»
چرا کسی زودتر به این فکر نیفتاده بود؟
مقاله ورلیند ستایش برخی از فیزیکدانان را به دنبال داشتهاست. رابرت دیجگراف از ریاضیفیزیکدانان برجسته دنیا در دانشگاه آمستردام، ظرافت مفاهیم کار ورلیند را تحسین میکند. وی میگوید: «مساله تعجبآور این است که هیچ کسی قبلا به این موضوع فکر نکرده است. این ایده بسیار ساده و متقاعد کننده به نظر می رسد.»
اما برخی از فیزیکدانان نظرات مخالفی دارند. برخی اعتقاد دارند که ورلیند در استخراج معادلات خود، به دلیل اینکه از خود جاذبه شروع کرده، دچار استدلال دور شده است. برخی دیگر نیز نگرانیهایی را در خصوص ریاضیات ناچیز مورد استفاده ورلیند ابراز کردهاند.
استنلی دسر از دانشگاه برندایس ماساچوست، که کارهایش باعث گسترش قلمرو نسبیت شده میگوید: «بهنظر میرسد کار ورلیند یک راه امیدبخش است. اما کارهای وی تمام عقاید تعصبآمیز ما را درباره نیوتن و هوک تا اینشتین به چالش میکشد، چیزی که قبول آن خیلی سخت است.»
ورلیند تاکید میکند که مقاله وی تنها گام نخست در این موضوع است. وی میگوید: «ایده من هنوز در حد یک نظریه نیست، اما پیشنهادی برای برای یک الگو یا چارچوب جدید است. قسمت سخت کار تازه آغاز شده است.»
khabaronline.ir/news/45708/ماهیت-نیروی-جاذبه-چیست
.
احتمالا شنیده اید که فیزیکدانان می خواهند دو فرضیه جاذبه و کوانتوم را یکی کنند تا نظریه “theory of everything” را ایجاد کرده و بتوانند جهان را با یک مجموعه معادلات کوچک و تمیز به عنوان یک مجموعه یا کل، کوچک و قابل مشاهده، نشان دهند.
فیزیک دانان نشان دادند که جاذبه، تحت تاثیر دنیای کوانتوم نیست. جاذبه چیزی است که تقریبا بر همه چیز در جهان تاثیر می گذارد و باعث می شود سیارات و ستارگان بچرخند. ستارگان سیاه چاله ها را بچرخانند، و نهایتا ما بتوانیم بر روی سیاره ثابت بمانیم.
در حالی که تمام اجرام عظیم موجود در جهان بر جاذبه تاثیر می گذارند، محققان بار دیگر نتوانستند ارتباطی میان جاذبه و مکانیک کوانتوم پیدا کنند. به بیان دیگر به نظر می رسد جاذبه کاری با مکانیک کوانتوم ندارد. و این به نوعی مایه نا امیدی در قبال فرضیه های ما برای تمام چیزها می شود.
بیایید کمی به عقب برگردیم، چرا که مسائل کوانتومی طبقه بندی شده می تواند باعث سردرگمی شوند.
اساسا در فیزیک دو فرضیه وجود دارد که می تواند جهان را توضیح دهد.
اول، فیزیک باستان؛ که شامل تمام کارهای انجام شده قبل از قرن ۲۰ است، و می تواند تقریبا رفتار تمام چیزهایی که می بینید، نظیر سیارات، ستارگان، انسان و غیره را توضیح دهد.
دوم، مکانیک کوانتوم؛ راهکاری جدیدتر مدرن تر است و تلاش می کند رفتارهای عجیب کوچک ترین ذرات موجود در جهان مانند فوتون ها، الکترون ها و هیگ بوسون های فرار را توضیح دهد.
اما احتمالا شنیده اید که فیزیکدانان می خواهند این دو فرضیه را یکی کنند تا نظریه “theory of everything” را ایجاد کنند که بتواند جهان را با یک مجموعه معادلات کوچک و تمیز به عنوان یک مجموعه یا کل، کوچک و قابل مشاهده، نشان دهد.
آخرین تحقیق انجام شده هم در این راستا صورت گرفته و گروهی از دانشمندان چینی از دانشگاه علوم و فناوری هاژونگ در ووهان از فناوری جدید برای ردیابی هرگونه ارتباطی میان جاذبه و چرخش کووانتوم استفاده کردند، که در این صورت شواهد فیزیک باستان و فیزیک کوانتوم با هم مرتبط خواهند شد.
در نتیجه طبق نظریه نسبیت کلی، فرضیه تعریف شده از فیزیک باستان و تاثیر جاذبه بر تمام اشیاء، قابل شناسایی و مشخص است. این امر تحت عنوان قانون هم ارزی (تعادل) شناخته شده است.
جاذبه، اساسا به این معنی است که اگر اشیاء با حجم مشابه، در خلاء آزادانه رها شوند، مسیر یکسانی را دنبال خواهند کرد.
همان گونه که عجیب به نظر می رسد، ما برای چندین بار این امر را مشاهده کردیم. از زمانی که گالیله برای اولین بار آن را در برج پیزا در سال ۱۵۸۹ امتحان کرد.
اما دانشمندان این طور فرض می کنند که اگر ارتباطی میان فیزیک باستان و مکانیک کووانتوم وجود داشته باشد، در نتیجه حداقل یا تا حدی، جاذبه باید با توجه به گردش کوانتوم مواد متفاوت عمل کند.
گردش کوانتوم یک حرکت زاویه دار درونی است که عملکرد الکترون یا اتم را توضیح می دهد و به طور اساسی، اگر بتوانیم مشخص کنیم که بر جاذبه تاثیر دارد، در نتیجه می توانیم منتظر فرضیه واحدی در آینده باشیم.
دانشمندان در گذشته تلاش کردند که تاثیر کوانتوم بر جاذبه را مشخص کنند ولی موفق نشدند، اما در این چند آزمایش اخیر، تیم چینی در مقیاس بسیار بسیار کوچکتری آزمایش معروف سقوط آزاد از برج پیزا گالیله را بازسازی و امتحان کرند.
آن ها دو اتم روبیدیم با گردش های مخالف را گرفتند، آن ها را تا چند میلیونیم درجه بالای صفر مطلق آرام کردند و در لوله خلاء قرار دادند. سپس با نور لیزر از پایین ضربه کوچکی به آن ها زدند که آن ها را در لوله به سمت بالا حرکت داد. قبل از این که در نهایت سقوط کنند، آبشاری از اتم ها که به پایین و بالا می رفتند را ایجاد کردند.
محققان با استفاده از روشی به نام تداخل سنج اتمی، که موج طبیعی اتم ها را برای نظارت بر روی حرکاتشان با جزییات کامل استخراج می کند، سرعت اتم ها را در هر سقوط اندازه گرفتند.
آن ها متوجه شدند که علی رغم گردش مخالف، تقویت سقوط آزاد دو اتم در یک بخش از ۱۰ میلیون با همدیگر موافق هستند، که تا حد زیادی برابر هستند. هم چنین پیشنهاد می کند که جاذبه کوچکترین ارتباطی با گردش کوانتوم ندارد که برای فرضیه واحد پیش رو مشکل ساز خواهد بود.
اما این مطالعه نشان داده است که هیچ تاثیر قابل اندازه گیری بر جاذبه وجود ندارد. و همان طور که تاریخ نشان داده است دانشمندان به مرور در اندازه گیری اشیاء در حال پیشرفت هستند.
در نتیجه کلاهتان را سفت بچسبید و برای شمار بیشتری از این گونه تحقیقات در سال جدید آماده شوید.
اگر کسی تغییری در رفتار جاذبه پیدا کند یک قدم به فرضیه “theory of everything” نزدیک تر می شویم.
این پژوهش در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
.
جاذبه یکی از نیروهای اساسی طبیعت است، اما برخی معتقدند که این نیرو میتواند تنها یک توهم باشد. گرانش یا جاذبه، یک پدیده طبیعی است که در آن همه اجسام دارای جرم یکدیگر را جذب میکنند.
به گزارش ایسنا، جاذبه یکی از پدیدههای مورد مطالعه در علم است. همچنین یک نیروی اساسی در جهان است، اما این پدیده چیست؟ ما در هر روز از زندگی خود این پدیده را تجربه میکنیم و در واقع بدون گرانش بدن دستخوش تغییرات جالبی میشود. پنج حقیقت جالب درباره گرانش یا جاذبه(gravity) شامل موارد زیر است.
۱. جاذبه در واقع یک نیرو نیست
گرچه این ممکن است کمی عجیب به نظر برسد اما گرانش ممکن است به هیچ وجه نیرو نباشد. آلبرت اینشتین گرانش را به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی میکند. در این نظریه فضا–زمان توسط هندسه ریمانی بررسی میشود. انحنای فضازمان مستقیماً با انرژی و تکانه کل ماده و تابش موجود متناسب است. این رابطه توسط سیستمی از معادلات دیفرانسیل با مشتقات پارهای به نام معادلات میدان اینشتین نمایش داده میشوند. نظریههای اینشتین به این معنا است که زمان و فضا در واقع توسط اجرام عظیم مانند سیارات و خورشید خم شده است.
۲. آهنربایی که روی یخچال میگذارید از گرانش زمین قویتر است
یکی از موضوعات شگفت آور این است که آن آهن ربای ریز روی یخچال قادر به مقابله با گرانش کل سیاره است. گرانش جزو ضعیفترین نیروهای اساسی در فیزیک است. همچنین همانطور که در اینجا گفته شد قدرت این نیرو در مقابل نیروی مغناطیسی که آهنربای روی یخچال دارد، کمتر است. سایر نیروها مانند نیروی هستهای قوی در هسته اتمهای آهنربا نیز از نظر قدرت نسبت به گرانش زمین بسیار برتر است.
۳. برخی از اجرام عظیم در واقع میتوانند امواج گرانشی ایجاد کنند
همانطور که قبلاً نیز اشاره شد، تئوریهای اینشتین توضیح میدهند که چگونه اجرام عظیم، فضا-زمان را تحریف میکنند. طبق گفته اینشتین با حرکت این اجرام موجهایی در لایه ای از فضا ایجاد میشود. جایزه نوبل فیزیک در سال ۲۰۰۷ نیز به دو دانشمند به نامهای "آلبر فر" و "پتر گرونبرگ" به دلیل کشف "اثر مقاومت مغناطیسی بزرگ" اهدا شد.
مقاومت مغناطیسی بزرگ یا GMR، تغییر ناگهانی در مقاومت الکتریکی است که هنگامی اتفاق میافتد که مادهای شامل لایههای فلزی متناوب فرو مغناطیسی و پارامغناطیسی، در معرض یک میدان مغناطیسی بزرگ قرار بگیرد، بخصوص اگر مغناطیدگی در لایههای مجاور موازی باشد، مقاومت بسیار کمتر خواهد شد و اگر ناموازی باشد مقاومت بسیار بالاتر خواهد رفت.
این تغییر مقاومت به خاطر الکترونهای اسپین بالا و پایین است که در لایههای منفرد پراکنده شدهاند. دانشمندان توانستند برخورد دو سیاه چاله که حدود ۱.۸ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند را مشاهده کنند. این سیاهچالهها واقعاً گسترده هستند و یکی از آنها ۳۱ برابر جرم خورشید ما و دیگری ۲۵ برابر جرم خورشید را داراست.
۴. گرانش روی زمین متفاوت است
زمین یک کره کامل نیست و تودهها و برآمدگیهای زیادی به شکل کوه و درههای عمیق دارد. ترکیب زمین نیز در سراسر جهان یکنواخت نیست. انواع مختلف سنگ، غلظت مواد معدنی و جغرافیا همه با هم تبانی میکنند تا چگالی در قسمتهای مختلفی ایجاد کنند.
این به طور مستقیم در جاذبههای مختلف در سطح زمین تأثیر میگذارد. این میتواند با سهولت نسبی اندازه گیری شود و سازمانهایی مانند ناسا در واقع این اثر را از فضا ترسیم کردهاند. آنها با استفاده از ماهواره "گریس" توانستند میزان کشش نسبی جاذبه زمین را اندازه بگیرند. بازیابی گرانش و آزمایش اقلیم که به اختصار گریس(GRACE) نامیده میشود، پروژه مشترک ناسا و مرکز هوافضای آلمان بود که دو ماهواره آن از زمان پرتاب در مارس ۲۰۰۲ تا پایان مأموریت در اکتبر ۲۰۱۷ به اندازهگیری دقیق ناهنجاری گرانشی در میدان گرانش زمین میپرداختند. گریس با اندازهگیری ناهنجاریهای گرانش نشان داد که چه اجرامی پیرامون زمین پراکنده شده و تغییرات آنها در طول زمان چقدر است.
دادههای ماهوارههای گریس ابزاری مهم در مطالعه اقیانوسها، زمینشناسی و اقلیمشناسی بهشمار میرود. دو ماهواره گریس(گریس-۱ و گریس-۲) از پایگاه فضایی پلستسک در روسیه در ۱۷ مارس ۲۰۰۲ به فضا پرتاب شدند. نقشههای ماهانه نمایش ناهنجاری گرانشی تهیه شده توسط گریس تا ۱۰۰۰ برابر دقیقتر از نقشههای پیشین بود و به طور قابل ملاحظهای دقت تکنیکهای مورد استفاده در اقیانوسنگاری، آبشناسی، یخچالشناسی، زمینشناسی و دیگر علومی که به مطالعه پدیدههای تأثیرگذار بر اقلیم میپردازند را بهبود بخشید. اندازهگیریهای گریس از کاهش ضخامت یخسارها تا جریان آب در آبخوانها و نمایش جریان ماگمای درون زمین به دانشمندان کمک کرد تا درک بهتری از این فرایندهای طبیعی داشته باشند.
۵. مکانیک کوانتومی و گرانش مخالف یکدیگرند
مکانیک کوانتومی به ما کمک میکند تا دریابیم که چگونه اتمها، مولکولها و سایر ذرات بنیادی برهمکنش دارند. مکانیک کوانتومی(Quantum mechanics) شاخهای بنیادی از فیزیک نظری است که با پدیدههای فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی سروکار دارد. از طرف دیگر ، نظریه نسبیت عام اینشتین به توضیح نحوه عملکرد همه چیز در مقیاس بزرگ کمک می کند. اما مسئله این است که به نظر میرسد که این دو تعریف در فیزیک با یکدیگر رابطه خوبی ندارند. در حالی که کارهای زیادی برای رفع این مشکل انجام شده است، اما هنوز هم یکی از بزرگترین چالشهای فیزیک مدرن است. احتمالاً این امر به این دلیل است که همانطور که قبلاً نیز اشاره کردیم، گرانش به خودی خود نیرو نیست.ابزارک کاشت مو در یک جلسه در 7 قسط بدون بهره!!!! تصویر
فیزیکدانان سه نیروی از چهار نیروی طبیعت-نیروی الکترومغناطیسی و نیروهای هستهای قوی و ضعیف-را به ریشه در ذرات کوانتومی ردیابی کردهاند. اما چهارمین نیروی بنیادی، گرانش، متفاوت است.
چارچوب فعلی ما برای درک جاذبه، که یک قرن پیش توسط آلبرت انیشتین ابداع شد، به ما میگوید که سیبها از درختان و سیارهها در مدار ستارگان قرار میگیرند زیرا آنها در امتداد منحنیها در زنجیره فضا-زمان حرکت میکنند. این منحنیها جاذبه هستند. طبق نظر انیشتین، جاذبه یک ویژگی فضا-زمان است؛ دیگر نیروهای طبیعت در آن مرحله بازی میکنند.
اما نزدیک مرکز یک سیاهچاله یا در اولین لحظات جهان، معادلات انیشتین میشکند. فیزیکدانان برای توصیف دقیق این افراط و تفریط به یک تصویر دقیقتر از جاذبه نیاز دارند. این نظریه حقیقیتر باید همان پیشبینیهایی را داشته باشد که معادلات انیشتین در همه جای دیگر انجام میدهند.
فیزیکدانان فکر میکنند که در این نظریه واقعی، جاذبه باید مانند دیگر نیروهای طبیعت، یک شکل کوانتومی داشته باشد. محققان از دهه ۱۹۳۰ به دنبال نظریه کوانتومی جاذبه بودهاند. آنها ایدههای کاندید را یافتهاند-به ویژه نظریه ریسمان، که میگوید جاذبه و همه پدیدههای دیگر از رشتههای مرتعش کوچک ناشی میشوند-اما تا کنون این احتمالات به صورت حدس و گمان باقی ماندهاند و کاملا درک نشدهاند. امروزه نظریه کوانتومی گرانش، شاید والاترین هدف در فیزیک باشد.
چه چیزی جاذبه را منحصر به فرد میکند؟ چه چیزی در مورد نیروی چهارم متفاوت است که محققان را از پیدا کردن توصیف کوانتومی اساسی آن باز میدارد؟ ما از چهار محقق جاذبه کوانتومی مختلف پرسیدیم. ما چهار جواب مختلف گرفتید
کلودیا دو رهم، یک فیزیکدان نظری در کالج سلطنتی لندن، بر روی نظریههای گرانش عظیم کار کرده است، که فرض میکند واحدهای کوانتیزه شده گرانش ذرات بزرگ هستند:
نظریه نسبیت عام انیشتین به درستی رفتار گرانش را نزدیک به ۳۰ درجه بزرگی از مقیاسهای زیر میلیمتر تا فواصل کیهانشناسی توصیف میکند. هیچ نیروی دیگری از طبیعت با چنین دقت و با چنین مقیاسهای متنوعی توصیف نشده است. با چنین سطحی از توافق بینظیر با آزمایشها و مشاهدات، به نظر میرسد که نسبیت عام میتواند توصیف نهایی گرانش را ارایه دهد. با این حال، نسبیت عام از این لحاظ قابلتوجه است که سقوط خود را پیشبینی میکند.
نسبیت عام، پیشبینیهای سیاهچالهها و انفجار بزرگ در منشا جهان ما را به دست میدهد. با این حال، «تکینگی» در این مکانها، نقاط اسرارآمیز که انحنای فضا-زمان به نظر نامحدود میرسد، به عنوان پرچمهایی عمل میکنند که شکست نسبیت عام را نشان میدهند. وقتی کسی به تکینگی در مرکز یک سیاهچاله یا تکینگی بیگ بنگ نزدیک میشود، پیشبینیهایی که از نسبیت عام استنتاج میشوند، ارایه جوابهای درست را متوقف میکنند. یک توصیف اساسی و اساسی از فضا و زمان باید به عهده بگیرد. اگر ما این لایه جدید فیزیک را کشف کنیم، ممکن است بتوانیم به درک جدیدی از فضا و زمان دست یابیم.
اگر جاذبه نیروی دیگری از طبیعت بود، میتوانستیم امیدوار باشیم که با آزمایشهای مهندسی که قادر به رسیدن به انرژیهای بیشتر و فواصل کمتر بودند، آن را عمیقتر بررسی کنیم. اما جاذبه نیروی معمولی نیست. سعی کنید آن را وادار کنید تا رازهایش را از یک نقطه مشخص آشکار کند، و دستگاه آزمایش خودش به درون یک سیاهچاله سقوط خواهد کرد.
دانیل هارلو، نظریهپرداز گرانش کوانتومی در موسسه فنآوری ماساچوست، به خاطر کاربرد نظریه اطلاعات کوانتومی در مطالعه گرانش و سیاهچالهها مشهور است:
سیاهچالهها دلیل سخت بودن ترکیب گرانش با مکانیک کوانتومی هستند. سیاهچالهها فقط میتوانند نتیجه جاذبه باشند چون جاذبه تنها نیرویی است که توسط تمام مواد احساس میشود.
این واقعیت که تمام ماده احساس میکند که جاذبه، محدودیتی را بر روی انواع آزمایشهایی که ممکن است، ایجاد میکند: هر دستگاهی که شما بسازید، مهم نیست از چه چیزی ساخته شدهاست، نمیتواند خیلی سنگین باشد، و یا لزوما به صورت گرانشی به درون یک سیاهچاله سقوط خواهد کرد.
درک ما از دیگر نیروهای طبیعت براساس اصل محل ساخته شدهاست، که میگوید متغیرهایی که آنچه را که در هر نقطه از فضا اتفاق میافتد توصیف میکنند-مانند قدرت میدان الکتریکی آنجا-میتوانند به طور مستقل تغییر کنند. علاوه بر این، این متغیرها، که ما آنها را «درجات آزادی» مینامیم، تنها میتوانند مستقیما بر همسایگان فوری آنها تاثیر بگذارند. محلی بودن برای روشی که ما در حال حاضر ذرات و تعاملات آنها را توصیف میکنیم مهم است زیرا روابط علی را حفظ میکند: اگر درجات آزادی در اینجا در کمبریج، ماساچوست، به درجه آزادی در سانفرانسیسکو بستگی داشته باشد، ممکن است قادر باشیم از این وابستگی برای دستیابی به ارتباط آنی بین دو شهر یا حتی ارسال اطلاعات به عقب در زمان، که منجر به نقض احتمالی علیت میشود، استفاده کنیم.
فرضیه محل در شرایط معمولی به خوبی آزمایش شده است، و ممکن است طبیعی به نظر برسد فرض کنیم که تا فواصل بسیار کوتاهی که مربوط به گرانش کوانتومی هستند امتداد مییابد (این فواصل کوچک هستند زیرا جاذبه بسیار ضعیفتر از نیروهای دیگر است). یک محاسبه ساده نشان میدهد، با این حال، دستگاهی که به اندازه کافی سنگین است تا از نوسانات بزرگ کوانتومی در موقعیت خود جلوگیری کند، که این آزمایش را خراب خواهد کرد، لزوما به اندازه کافی سنگین خواهد بود که به درون یک سیاهچاله سقوط کند! و بنابراین جاذبه کوانتومی نیازی به احترام به موقعیت در چنین مقیاسهای طولی ندارد.
در واقع، درک ما از سیاهچالهها تا کنون نشان میدهد که هر نظریه گرانش کوانتومی باید اساسا درجات آزادی کمتری نسبت به آنچه که براساس تجربه با دیگر نیروها انتظار داریم داشته باشد. این ایده در «اصل هولوگرافیک» تدوین شدهاست که به طور کلی میگوید تعداد درجات آزادی در یک منطقه فضایی با مساحت آن به جای حجم آن متناسب است.
خوان مالدازنا، نظریهپرداز گرانش کوانتومی در موسسه مطالعات پیشرفته در پرینستون، نیوجرسی، به خاطر کشف رابطه هولوگرام مانند بین گرانش و مکانیک کوانتومی مشهور است:
ذرات میتوانند بسیاری از پدیدههای جالب و شگفتانگیز را نمایش دهند. ما میتوانیم ایجاد ذرات خود به خودی، درهمتنیدگی بین حالتهای ذرات جدا از هم، و ذرات در برهمنهی وجود در موقعیتهای چندگانه را داشته باشیم.
در گرانش کوانتومی، خود فضا-زمان به روشهای جدید رفتار میکند. به جای خلق ذرات، ما آفرینش دنیاها را داریم. تصور میشود که درهمتنیدگی تانژانت باعث ایجاد ارتباط بین مناطق دور از فضا-زمان میشود. ما برهمنهی جهانها با فضا-زمان هندسی متفاوت نداریم
علاوه بر این، از دیدگاه فیزیک ذرات، خلا فضا یک شی پیچیده است. میتوانیم بسیاری از هویتها را به نام فیلدهایی که بر روی هم قرار گرفتهاند و در سراسر فضا گسترده شدهاند، تصور کنیم. ارزش هر میدان به طور مداوم در فواصل کوتاه در حال نوسان است. ذرات اختلالی در این حالت خلا هستند. میتوانیم آنها را به عنوان عیوب کوچک در ساختار خلا تصور کنیم.
وقتی جاذبه را در نظر میگیریم، متوجه میشویم که گسترش جهان به نظر میرسد که بیشتر این ماده خلا را از هیچ تولید میکند. زمانی که فضا-زمان ایجاد میشود، فقط در حالتی است که با خلا بدون هیچ نقصی متناظر است. اینکه چگونه خلا دقیقا در آرایش درست ظاهر میشود یکی از سوالات اصلی است که ما باید پاسخ دهیم تا یک توصیف کوانتومی سازگار از سیاهچالهها و کیهانشناسی به دست آوریم. در هر دوی این موارد نوعی کشش فضا-زمان وجود دارد که منجر به ایجاد بیشتر ماده خلا میشود.
سرا کریمونینی، یک فیزیکدان نظری در دانشگاه لیف، بر روی نظریه ریسمان، گرانش کوانتومی و کیهانشناسی کار میکند:
دلایل زیادی وجود دارد که چرا جاذبه خاص است. اجازه دهید روی یک جنبه تمرکز کنم، این ایده که نسخه کوانتومی نسبیت عام انیشتین «غیرقابل اصلاح» است.
در نظریههای کوانتومی، وقتی که سعی میکنید محاسبه کنید که چگونه ذرات بسیار پر انرژی از یکدیگر پراکنده میشوند و با هم در تعامل هستند، جملات بینهایت ظاهر میشوند. در نظریههایی که قابل تعمیر هستند-که شامل نظریههایی است که همه نیروهای طبیعت را به غیر از گرانش توصیف میکنند-ما میتوانیم این بینهایت ها را به روشی سخت با اضافه کردن مقادیر دیگر که به طور موثر آنها را لغو میکنند، به اصطلاح ضد عبارات حذف کنیم. این فرآیند اصلاح مجدد منجر به پاسخهای منطقی فیزیکی میشود که با آزمایشها تا درجه بسیار بالایی از دقت موافق هستند.
مساله در مورد یک نسخه کوانتومی از نسبیت عام این است که محاسباتی که تعاملات گراوینهای بسیار پر انرژی-واحدهای کوانتیزه گرانش-را توصیف میکند، جملات بینهایت زیادی خواهد داشت. شما باید بینهایت ضد عبارات را در یک فرآیند بیپایان اضافه کنید. نرمالیزه شدن با شکست مواجه خواهد شد. به همین دلیل، یک نسخه کوانتومی از نسبیت عام انیشتین توصیف خوبی از گرانش در انرژیهای بسیار بالا نیست. باید برخی از ویژگیها و اجزای اصلی جاذبه زمین را از دست بدهد.
با این حال، ما هنوز هم میتوانیم با استفاده از تکنیکهای کوانتومی استاندارد که برای دیگر برهمکنشهای طبیعت کار میکنند، یک توصیف کاملا خوب تقریبی از گرانش در انرژیهای پایینتر داشته باشیم. نکته حیاتی این است که این توصیف تقریبی جاذبه در مقیاس انرژی-یا به طور معادل، زیر برخی طول شکسته خواهد شد.
بالاتر از این مقیاس انرژی، یا پایینتر از مقیاس طول مربوطه، ما انتظار داریم که درجات جدیدی از آزادی و تقارنهای جدید را بیابیم. برای درک دقیق این ویژگیها به یک چارچوب نظری جدید نیاز داریم. این دقیقا جایی است که نظریه ریسمان یا تعمیم مناسب میآید: طبق نظریه ریسمان، در فواصل بسیار کوتاه، خواهیم دید که گراوینها و ذرات دیگر اشیا گستردهشدهای هستند که رشتهها نامیده میشوند. مطالعه این احتمال میتواند درسهای ارزشمندی در مورد رفتار کوانتومی جاذبه به ما بدهدhttps://blog.tarjomyar.ir/%D8%A2%DB%8C%D8%A7-%D9%86%DB%8C%D8%B1%D9%88%DB%8C-%D8%AC%D8%A7%D8%B0%D8%A8%D9%87-%D8%B1%DB%8C%D8%B4%D9%87-%D8%AF%D8%B1-%D8%B0%D8%B1%D8%A7%D8%AA-%DA%A9%D9%88%D8%A7%D9%86%D8%AA%D9%88%D9%85%DB%8C-%D8%AF%D8%A7%D8%B1%D8%AF-rykadhfra7st.
لطفا شکیبا باشید ...