نظریهای تازه با نام QMM میگوید که جهان فقط مجموعهای از نیروها و ذرات نیست، بلکه همانند یک حافظه کوانتومی هر رویداد را در خود ثبت میکند.
به گزارش تکناک، اگر نظریه “Quantum Memory Matrix” یا QMM درست باشد، میتواند برخی از بنیادیترین معماهای فیزیک – از سیاهچالهها گرفته تا ماده تاریک و انرژی تاریک – را توضیح دهد و در عین حال، راهی تازه برای درک ماهیت خود فضاـزمان بگشاید.
برای بیش از یک قرن، فیزیک بر دو ستون اصلی استوار بوده است: نسبیت عام اینشتین که گرانش را نتیجه خمیدگی فضا و زمان میداند و مکانیک کوانتومی، که رفتار ذرات و میدانها را توضیح میدهد. هر دو نظریه در محدوده خود بینقص عمل میکنند، اما ترکیب آنها با یکدیگر همواره به تناقضهای بزرگی انجامیده است. سیاهچالهها، منشأ جهان و حتی ماهیت نیروهای تاریک، از جمله چالشهایی هستند که این دو نظریه در توضیح آنها ناتوان بودهاند. اکنون گروهی از فیزیکدانان با الهام از مفهومی ساده اما بنیادی، تلاش کردهاند که این شکاف را پر کنند: اینکه عنصر اصلی واقعیت نه ماده است، نه انرژی و نه حتی خود فضاـزمان، بلکه اطلاعات است.
در این نظریه، فضاـزمان از سلولهایی بسیار کوچک تشکیل شده است؛ سلولهایی که میتوانند رد و نشان هر برهمکنش فیزیکی را در خود نگه دارند. هر ذرهای که از میان آنها میگذرد، یا هر نیرویی که از آن عبور میکند – از جمله الکترومغناطیس یا برهمکنشهای هستهای – اثری کوانتومی در این سلولها برجای میگذارد. نتیجه این است که جهان فقط در گذر زمان تغییر نمیکند، بلکه در واقع به یاد میسپارد.
پایه این نظریه از معمای معروف «اطلاعات سیاهچاله» سرچشمه میگیرد. در نسبیت عام، هر جسمی که درون سیاهچاله فرو رود برای همیشه ناپدید میشود و هیچ نشانهای از آن باقی نمیماند. اما در مکانیک کوانتوم، نابودی کامل اطلاعات ممکن نیست. در این میان، نظریه QMM راه تازهای پیشنهاد میدهد: هنگامی که ماده درون سیاهچاله سقوط میکند، سلولهای فضاـزمان در اطراف آن اثر کوانتومی را ثبت میکنند. به این ترتیب، وقتی سیاهچاله تبخیر میشود، اطلاعات از بین نرفته بلکه پیشتر در «حافظه فضاـزمان» نوشته شده است.
این سازوکار از نظر ریاضی با معادلهای موسوم به «عملگر اثرگذاری» توصیف میشود، که قانونی برگشتپذیر برای حفظ اطلاعات است. پژوهشگران ابتدا این ایده را فقط برای گرانش بررسی کردند، اما سپس دریافتند که نیروهای دیگر طبیعت نیز به همین شیوه در فضاـزمان اثر میگذارند. طبق مدلهای ارائهشده، حتی نیروهای قوی و ضعیف هستهای که ذرات درون اتمها را به هم پیوند میدهند، ردپای اطلاعاتی در بافت فضاـزمان بر جا میگذارند. در مرحله بعد، این چارچوب به نیروی الکترومغناطیسی نیز تعمیم یافت، به طوری که حتی یک میدان الکتریکی ساده میتواند حالت حافظهای فضاـزمان را تغییر دهد.
اما شاید مهمترین نتیجه این نظریه به پدیدههای تاریک کیهان مربوط باشد. پژوهشگران مفهومی به نام «دوگانگی هندسه و اطلاعات» را مطرح کردهاند. در این دیدگاه، شکل فضاـزمان نهتنها از جرم و انرژی تأثیر میگیرد، بلکه به توزیع اطلاعات کوانتومی بهویژه از طریق پدیدهای به نام درهمتنیدگی نیز وابسته است. این درهمتنیدگی سبب میشود که دو ذره، حتی اگر میلیونها کیلومتر از هم دور باشند، بهشکل شگفتانگیزی به هم متصل بمانند و تغییر در یکی، بلافاصله در دیگری بازتاب یابد.
بر پایه این مفهوم، پژوهشگران دریافتند که تجمع اثرات اطلاعاتی در فضاـزمان رفتاری شبیه ماده تاریک دارد؛ همان ماده اسرارآمیزی که جرم نامرئی جهان را تشکیل میدهد و باعث میشود کهکشانها با سرعتی بیشتر از حد انتظار بچرخند. در عین حال، همین چارچوب میتواند پدیده انرژی تاریک را نیز توضیح دهد. طبق یافتهها، زمانی که سلولهای فضاـزمان از اطلاعات اشباع میشوند، دیگر نمیتوانند داده تازهای را در خود جای دهند. در نتیجه، این حالت اشباع نوعی انرژی باقیمانده تولید میکند که از نظر ریاضی، همان ساختار «ثابت کیهانی» اینشتین را دارد؛ نیرویی که باعث انبساط شتابدار جهان میشود. جالب آنکه مقدار انرژی پیشبینیشده در مدل QMM با اندازهگیریهای واقعی انرژی تاریک همخوانی دارد.
به این ترتیب، این نظریه احتمال میدهد که ماده تاریک و انرژی تاریک در واقع دو جلوه از یک فرایند اطلاعاتی باشند، یعنی دو چهره متفاوت از نحوه ذخیره و توزیع اطلاعات در تار و پود فضاـزمان هستند.
اما پیامدهای این نظریه از این هم فراتر میرود. اگر فضاـزمان ظرفیت حافظهای محدودی داشته باشد، روزی این حافظه پر میشود. پژوهش تازهای که نسخه نهایی آن در Journal of Cosmology and Astroparticle Physics منتشر شده است، نشان میدهد که وقتی این ظرفیت پر شود، جهان وارد چرخهای تازه میشود. در این مدل، کیهان به صورت چرخهای بیپایان از انبساط و انقباض حرکت میکند. هر چرخه، آنتروپی بیشتری – یعنی میزان بینظمی و اطلاعات ذخیرهشده – به جهان میافزاید. زمانی که به حد نهایی برسد، جهان از فروپاشی به تکینگی جلوگیری میکند و جهشی تازه را آغاز مینماید. این جهش همان آغاز یک «چرخه نو» است.
بر اساس محاسبات انجامشده، جهان تاکنون سه یا چهار بار چنین چرخههایی را تجربه کرده است و به احتمال زیاد کمتر از ده چرخه دیگر در پیش دارد. پس از آن، حافظه کوانتومی جهان به طور کامل پر میشود و دیگر جهش تازهای رخ نخواهد داد. در آن مرحله، جهان وارد فازی از انبساط آهسته و پایدار خواهد شد. طبق این مدل، «عمر اطلاعاتی» واقعی کیهان حدود ۶۲ میلیارد سال است؛ بسیار طولانیتر از ۱۳.۸ میلیارد سالی که برای دوره فعلی انبساط در نظر گرفته میشود.
اگرچه این ایدهها درباره حافظه کوانتومی جهان بیشتر نظری به نظر میرسند، اما پژوهشگران توانستهاند بخشی از آن را در عمل بیازمایند. آنها با استفاده از رایانههای کوانتومی مدرن، کیوبیتها را مانند سلولهای فضاـزمان شبیهسازی کردند و با استفاده از الگوریتمهای QMM، توانستند حالتهای اولیه کوانتومی را با دقتی بیش از ۹۰ درصد بازیابی کنند. این آزمایش نشان داد که عملگر اثرگذاری، واقعاً در سامانههای کوانتومی کار میکند و حتی میتواند دقت رایانههای کوانتومی را با کاهش خطاهای منطقی افزایش دهد.
به این ترتیب، QMM تنها یک نظریه فلسفی درباره ماهیت هستی نیست، بلکه میتواند ابزارهای عملی برای فناوریهای آینده نیز فراهم کند. این چارچوب، تصویر تازهای از جهان به دست میدهد: جهانی که همزمان یک حافظه عظیم و یک رایانه کوانتومی است. در این دیدگاه، هر نیرو، هر ذره و هر رویداد، اثری از خود برجای میگذارد که مسیر تکامل کیهان را تعیین میکند.
پژوهشگران میگویند که حتی اگر QMM به عنوان نظریه نهایی فیزیک پذیرفته نشود، دستکم افق تازهای گشوده است. در جهانی که بر پایه اطلاعات ساخته شده است، شاید زمان و مکان نیز فقط محصول نحوه ذخیرهسازی داده باشند. اگر چنین باشد، هر لحظه از تاریخ کیهان، از تولد ستارگان تا سقوط سیاهچالهها، هنوز در حافظه کیهانی جهان نوشته شده است و هیچچیز، واقعاً از یاد نمیرود.
