پژوهشگران با استفاده از معادله شرودینگر و نظریه ابرگرانش پنجبعدی، مدلی ارائه کردهاند که میتواند به درک جهان به عنوان یک هولوگرام کمک کند.
به گزارش تکناک، «اروین شرودینگر»، فیزیکدان اتریشی در صد سال پیش، معادلهای را معرفی کرد که امروز به نام او شناخته میشود و یکی از ارکان اصلی مکانیک کوانتومی به حساب میآید. معادله شرودینگر چارچوبی ریاضی برای محاسبه تابع موج یک سیستم و بررسی چگونگی تحول آن در گذر زمان ارائه میدهد.
آزمایش فکری معروف «گربه شرودینگر» نشاندهنده شگفتیهای دنیای کوانتوم است. تصور کنید گربهای در جعبهای دربسته قرار دارد که درون آن دستگاهی با احتمال ۵۰ درصد آزادسازی سم، بسته به وقوع یک رویداد کوانتومی وجود دارد. تا زمانی که جعبه باز نشود، قوانین کوانتوم میگویند که گربه به طور همزمان هم زنده و هم مرده است؛ حالتی که به آن «برهمنهی» یا superposition میگویند. تنها با مشاهده جعبه، وضعیت گربه به حالت مشخصی درمیآید. این آزمایش نشان میدهد که چگونه عمل مشاهده، حالت سامانههای کوانتومی را تعیین میکند و به همین دلیل، معادله شرودینگر همچنان برای درک رفتار ذرات در سطح زیراتمی، نقشی بنیادی دارد.
«ابهی کاتیال» فیزیکدان دانشگاه ایالتی یوتا (USU) میگوید: «مکانیک کوانتومی همراه با نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین، دو ستون اصلی فیزیک مدرن هستند. چالش اصلی این است که دانشمندان بیش از نیم قرن است برای پیوند این دو نظریه تلاش میکنند.»
کاتیال، که دانشجوی دکتری و پژوهشگر بورس تحصیلات تکمیلی «هوارد ال. بلاد» در گروه فیزیک است، توضیح میدهد که مکانیک کوانتومی رفتار ماده و نیروها را در مقیاس زیراتمی توضیح میدهد، در حالی که نسبیت عام ساختار فضا–زمان و گرانش را در مقیاس کیهانی توصیف میکند. دشواری، در ایجاد یک نظریه واحد و سازگار میان این دو چارچوب است.
«اسکار وارلا»، استاد فیزیک در همان دانشگاه و استاد راهنمای کاتیال بیان میکند: «بسیاری از ناشناختههای فیزیک را میتوان با یکی از این دو نظریه توضیح داد، اما این توضیحات اغلب با هم ناسازگار هستند. نظریه گرانش کوانتومی تلاشی برای ترکیب این دو است، اما هنوز نمیدانیم که گرانش کوانتومی دقیقاً چیست.»
وارلا، کاتیال و «ریتابراتا باتاچاریا» (همکار پیشین پسادکتری USU) در پژوهش تازه خود، نوع جدیدی از ابرگرانش بیشینه را در پنج بعد فضا–زمان ارائه کردهاند. این مدل شامل گروه پیمانهای ISO(5) و تقارن مقیاسپذیری محلی متریک است و در عین حال، یک خلأ ضد-دسیتری با تقارن ابرمتقارن را نیز میپذیرد. این گروه نشان داده است که ابرگرانش بیشینه از یک کاهش سازگار نظریه M روی هندسهای ششبعدی حاصل میشود، که به پیکربندی خاصی از N غشای M5 بر سطحی ریمانی صاف مرتبط است.
وجود این کاهش، به تیم پژوهشی امکان داده است تا طیف کامل و جهانشمول اپراتورهای سبک در نظریه چهاربعدی 𝒩 = 2 کلاس 𝒮 را به صورت هولوگرافی تعیین کند. همچنین آنها شاخص ابرهمریخت نظریه میدان دوگانه را در حد N بزرگ محاسبه کردهاند و دریافتهاند که نتایج دقیقاً با پیشبینیهای پیشین نظریه میدان در برخی حدود خاص مطابقت دارد.
این یافتهها که در شماره آنلاین ۶ مه مجله Physical Review Letters منتشر شده و با حمایت بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) در بخش نظری فیزیک ذرات ابتدایی انجام گرفته است، اصل بنیادین «اصل هولوگرافیک» را به عنوان ابزاری کلیدی برای پیشرفت در مسیر درک گرانش کوانتومی برجسته میکند.
وارلا میگوید: «تست تجربی نظریههای گرانش کوانتومی بسیار دشوار است، چرا که فناوری لازم برای مشاهده پدیدههایی در انرژیهای بسیار بالا یا مقیاسهای بسیار کوچک را نداریم. برای ما فیزیکدانان نظری، یک مدل ریاضی دقیق همان نقشی را دارد که ابزار آزمایش برای فیزیکدان تجربی دارد، که وسیلهای برای پیشبینی رفتار جهان واقعی است.»
به گفته تیم دانشگاه یوتا، اصل هولوگرافیک چارچوبی فراهم میکند تا بتوانیم به یک توصیف یکپارچه از قوانین طبیعت نزدیکتر شویم، شاید روزی بتوان به کمک همان معادله صد ساله شرودینگر، رمز هولوگرافیک بودن جهان را گشود.
