اگر روزي گذرتان به جاده‌هاي جنوبي حومه دنور افتاد، خوب به اطرافتان توجه كنيد، چون ممكن است بتوانيد GEO600 را ببينيد. در گوشه‌اي از يك ميدان، چند ساختمان موقت جعبه مانند قرار دارند و دو كانال طولاني از آنها با زاويه قائمه نسبت به هم منشعب مي‌شوند كه روي آنها با صفحه‌هاي آهني موجدار پوشيده شده است. زير اين صفحات آهني حسگري قرار دارد كه طول آن به ششصد متر مي‌رسد.در هفت سال گذشته، اين آزمايشگاه كه توسط دانشمندان آلماني راه‌اندازي شده، به دنبال اغتشاش‌هاي ريز امواج گرانشي در گستره زمان-مكان بود كه توسط اجرام فضايي فوق چگال مانند ستاره‌هاي نوتروني و سياه‌چاله‌ها توليد مي‌شدند. البته ژئو600 تاكنون هيچ موج گرانشي را احساس نكرده، ولي گمان مي‌رود ناخواسته سبب بزرگ‌ترين كشف علم فيزيك در نيم‌قرن گذشته شده باشد.براي چندين ماه اعضاي گروه ژئو600 به دنبال منشا سيگنال نويزي مي‌گشتند كه حسگر غول‌پيكرشان را به ستوه آورده بود و هيچ توضيحي براي آن نمي‌يافتند. اما ناگهان يك محقق با يك توضيح نزد آنان رفت. در حقيقتريال او حتي قبل از اين‌كه بداند آن‌ها اين نويز را حس كرده‌اند، آن‌را پيش‌بيني كرده بود.كريگ هوگان، فيزيكداني كه در آزمايشگاه فيزيك ذرات فرمي‌لب در ايلي‌نوي مشغول به تحقيق است، عقيده داشت كه ژئو600 به مرزهاي بنيادين زمان-مكان نزديك شده است. از نظر او اين مرز بنيادي، جايي است كه زمان-مكان به جاي اين‌كه مطابق با توضيح اينشتين، پيوسته و يكنواخت باشد؛ ذره‌اي مي‌شود. درست مانند يك عكس روزنامه‌اي كه وقتي از نزديك به آن نگاه مي‌كنيد، نقطه‌نقطه مي‌شود. به گفته هوگان «به نظر مي‌رسد كه تكانه‌هاي ريزمقياس و كوانتيده زمان-مكان به ژئو600 ضربه وارد كرده باشند.»آقاي هوگان به تازگي به سمت رييس مركز فيزيك ذرات كيهاني فرمي‌لب منصوب شده است. اگر آن‌چه آقاي هوگان تا به اين‌جا مطرح كرده خيلي برايتان اهميت ندارد، بايد به شوك بزرگ‌تري كه در آستين دارد، گوش كنيد: «اگر نتايج ژئو600 آن چيزي باشد كه من تصور مي‌كنم، در آن صورت ما در يك هولوگرام بسيار بزرگ كيهاني زندگي مي‌كنيم.»اين ايده كه ما در يك هولوگرام زندگي مي‌كنيم، شايد در ابتدا بي‌معني به نظر برسد؛ ولي بسط طبيعي از بيشترين دانسته‌هاي ما درباره سياه‌چاله‌ها و هم‌چنين بعضي مسايل با پايه‌هاي نظري محكم است. اين نظريه هم‌چنين به طرز شگفت‌آوري براي فيزيك‌داناني كه با نظريه‌هاي موجود در مورد نحوه عملكرد كيهان در پايين‌ترين سطح كلنجار مي‌روند، جوابگو خواهد بود.هولوگرام چيست؟هولوگرام‌هايي كه شما روي كارت‌هاي اعتباري و چك‌هاي بانكي مي‌يابيد، روي پرده‌هاي پلاستيكي دو‌بعدي كشيده شده‌اند. وقتي نور از آنها بازتاب مي‌شود، تصويري سه بعدي را بازنمايي مي‌كند. در دهه 1990، دو فيزيك‌دان به نام‌هاي لئونارد ساسكيند و ژرارد ات‌هوفت كه برنده جايزه نوبل فيزيك است؛ احتمال دادند كه ممكن است اصول مشابهي بر كل جهان به صورت جامع نيز حاكم باشد. تجربيات هر روزه ما را نيز مي‌توان به يك بازتاب هولوگرامي از فرايندهاي فيزيكي كه روي يك سطح دو بعدي دور اتفاق مي‌افتد، تشبيه كرد.درك و فهم ما با «اصل هولوگرامي» دچار مشكل مي‌شود. به سختي مي‌توان تصور كرد كه بيدار مي‌شويد، دندانهايتان را مسواك مي‌زنيد و مقاله حاضر را مي‌خوانيد و همه اين‌ها به خاطر اين است كه چيزي در مرزهاي جهان در حال رخ دادن است! هيچ كس نمي‌داند كه اين براي ما به چه معني خواهد بود اگر ما واقعا روي يك هولوگرام دو بعدي زندگي كنيم، با اين حال، نظريه‌پردازان دلايل زيادي دارند كه بگويند خيلي از جوانب اصل هولوگرامي درست است.انگيزه نظريه جالب توجه ساسكيند و ات‌هوفت، كار درخشان ژاكوب بنشتاين از دانشگاه عبري بيت‌المقدس و استيون هاوكينگ در دانشگاه كمبريج روي سياه‌چاله‌ها بود. در ميانه دهه هفتاد، هاوكينگ نشان داد كه سياه‌چاله‌ها در حقيقت كاملا سياه نيستند، بل‌كه تابش بسيار اندكي از خود منتشر مي‌كنند در نهايت، منجر به ناپديد شدنشان مي‌شود.اين فرضيه خود معماي جديدي را مطرح مي‌كند، چون نظريه تشعشع هاوكينگ هيچ اطلاعاتي در مورد داخل يك سياه‌چاله ارايه نمي‌دهد. هنگامي كه سياه‌چاله محو شد، تمام اطلاعات در مورد ستاره‌اي كه متلاشي شده و سياه‌چاله را به وجود آورده ناپديد مي‌شود و اين، با اصل پذيرفته‌شده‌اي كه مي‌گويد اطلاعات نابود نمي‌شوند، در تعارض است. به اين معما «پارادوكس اطلاعات سياه‌چاله» مي‌گويند.كارهاي بنشتاين كليد مهمي در حل اين پارادوكس بود. او كشف كرد كه آنتروپي سياه‌چاله (كه متناظر با محتواي اطلاعات آن است)، متناسب با سطح افق رويداد آن است. افق رويداد، حد نظري ابعاد سياه‌چاله است و نماينده نقطه بي‌بازگشت براي جسم يا نوري است كه وارد آن مي‌شود. بر اين اساس، نظريه‌پردازان نشان داده‌اند كه اعوجاجات كوانتييده ميكروسكوپي در افق رويداد مي‌توانند اطلاعات درون سياه‌چاله را كدگذاري كنند، در نتيجه با تبخير و ناپديد شدن سياه‌چاله مشكل ناپديد شدن اطلاعات رخ نمي‌دهد.قطعا اين نظريه يك بينش عميق فيزيكي به دنبال دارد: اطلاعات سه بعدي در مورد يك ستاره پيش‌رو را مي‌توان بطور كامل در يك افق دو بعدي از يك سياه‌چاله كه پشت آن قرار گرفته، كدگذاري كرد، كه تا حدي شبيه تصوير سه بعدي از يك جسم است كه در يك هولوگرام دو بعدي كدگذاري مي‌شود. ساسكيند و ات‌هوفت فرض كردند كه كل هستي نيز يك افق دارد كه مرز آن بيشتر از 13.7 ميليارد سال نوري با ما فاصله دارد و نور از آنجا هنوز به ما نرسيده‌است. بر پايه اين فرض آنها اين ديدگاه را به كل جهان به صورت يك مجموعه بسط دادند.بيشتر از آن، كار چندين نظريه‌پرداز نظريه ريسمان بود كه تاييد كردند اين نظريه در مسير درستي قرار دارد و از ميان آنان مي‌توان به جوان مالداسنا در انستيتوي تحقيقات پيشرفته پرينستون اشاره كرد. او نشان داد كه فيزيك يك جهان فرضي پنج بعدي و شكلي مانند يك پنج وجهي، دقيقا مانند فيزيكي است كه در يك مرز چهار بعدي اتفاق مي‌افتد.به عقيده هوگان، اصل هولوگرامي تصور ما را از زمان-مكان به طور ريشه‌اي عوض مي‌كند. فيزيك‌دانان نظري مدت‌هاي مديدي اعتقاد داشتند كه تاثيرات كوانتومي سبب مي‌شود زمان-مكان در كوچك‌ترين مقياس‌ها به شدت تكانيده شود. در اين مقياس از درشت‌نمايي، سطح نرم زمان-مكان دانه دانه مي‌شود و در نهايت از واحدهاي كوچكي مثل پيكسل تشكيل مي‌شود، البته پيكسل‌هايي كه صد ميليارد ميليارد بار از پروتون كوچك‌ترند. اين طول را طول پلانك مي‌نامند كه اندازه‌اش 35-10 متر است. مقياس پلانك فراتر از حتي تصور هر آزمايشي است، در نتيجه تاكنون هيچ‌كس حتي تصور اين را كه دانه دانه بودن و كوانتيدگي فضا-زمان قابل تشخيص باشد را به خود راه نداده‌بود.البته اين تا زماني بود كه هوگان فهميد اصل هولوگرامي همه چيز را تغيير خواهد داد. اگر فضا-زمان يك هولوگرام دانه دانه باشد، در آن‌صورت شما مي‌توانيد جهان را به صورت يك كره تصور كنيد كه سطح خارجي آن از مربع‌هايي به ابعاد طول پلانك تشكيل شده و هر يك از آنها، يك بيت اطلاعات در خود دارد. اصل هولوگرامي مي‌گويد مقدار اطلاعاتي كه سطح خارجي را مي‌پوشاند، بايد با تعداد بيت‌هايي كه در داخل حجم جهان قرار دارند، برابر باشد.ولي با توجه به اين‌كه حجم جهان كروي از سطح آن بزرگ‌تر است، يك تناقض پيش مي‌آيد. هوگان فهميد براي اين‌كه تعداد بيت‌هاي درون جهان با بيت‌هاي مرز آن برابر باشند، دنياي درون بايد از دانه‌هايي با ابعاد بزرگ‌تر از طول پلانك درست شده باشد، يا به عبارت ديگر، دنياي هولوگرامي، محو و كم نور است.اين براي هر كس كه مي‌خواهد كوچك‌ترين واحد فضا-زمان را اندازه‌گيري كند، خبر خوبي است. هوگان در اين رابطه مي‌افزايد: «بر خلاف تمام انتظارات، اين مساله ساختار ريزمقياس كوانتيده آن‌را در دسترس آزمايش‌هاي كنوني قرار مي‌دهد.» در نتيجه در حالي‌كه طول پلانك بسيار كوچك‌تر از آن چيزي است كه بتوان آن‌را با آزمايش اندازه گرفت؛ تصوير هولوگرامي دانه‌دانه‌اي مي‌تواند خيلي خيلي بزرگ‌تر و در حد 18-10 متر باشد. وي مي‌گويد: «اگر شما درون يك هولوگرام زندگي مي‌كرديد، مي‌توانستيد با اندازه‌گيري تيرگي‌اش، آن را بفهميد.»امواج گرانشي
هنگامي كه هوگان براي اولين بار اين را فهميد، فكر كرد كه شايد آزمايش‌ها بتوانند عدم شفافيت هولوگرامي فضا-زمان را درك كنند. اين همان جايي است كه ژئو600 به آن رسيده است.حسگرهاي امواج گرانشي مانند ژئو600 به‌طرز شگفت‌انگيز و فوق‌العاده‌اي دقيقند. نظريه اين است كه اگر يك موج گرانشي از ژئو600 بگذرد، فضا را در يك جهت مي‌كشد و در جهت ديگر فشرده مي‌كند. براي اندازه‌گيري اين تاثير بسيار ضعيف، تيم ژئو600 يك تك موج ليزر را از يك آينه نيمه‌شفاف نقره كه تقسيم‌كننده پرتو ناميده مي‌شود، عبور مي‌دهند. اين آينه نيمه‌شفاف، نور را به دو پرتو تقسيم مي‌كند كه از بازوهاي متقاطع 600 متري دستگاه مي‌گذرد و باز مي‌گردد. پرتوهاي بازگشتي نور در آينه نيمه‌شفاف دوباره با هم جمع مي‌شوند و امواج نور با حذف يا تقويت يكديگر، الگوي تداخلي روشن‌و‌تاريكي را تشكيل مي‌دهند. هر تغييري در موقعيت آن محدوده‌ها به شما مي‌گويد كه طول منتسب به بازوها دچار تغيير شده است.به گفته هوگان «نكته كليدي اين است كه اين آزمايش‌ها، حسگرهايي دارند كه به تغيير طول در ابعاد خيلي كوچك‌تر از يك پروتون حساسند.»آيا آنها خواهند توانست يك تصوير هولوگرامي از فضا-زمان دانه‌دانه‌اي را حس كنند؟ هوگان فهميد كه از پنج حسگر امواج گرانشي در جهان، آزمايشگاه انگليسي-آلماني ژئو600 حساس‌ترين حسگر به آن چيزي است كه او در ذهن داشت. او پيش‌بيني كرد كه اگر تكانه‌هاي فضا-زمان به تقسيم‌كننده پرتو ضربه وارد كنند، در اندازه‌گيري‌هايش خود را نشان خواهد داد و سبب نويز در سيگنال نور ليزر خواهد شد.او پيش‌بيني‌هايش را خردادماه براي تيم ژئو600 فرستاد. «وقتي فهميدم آزمايش آنها نويزهاي ناخواسته‌اي را ثبت كرده، شگفت‌زده شدم.»محقق ارشد ژئو600، كرستن دانزمن از انستيتوي فيزيك گرانشي ماكس پلانك در پوتسدام آلمان كه در دانشگاه هانوفر نيز مشغول به كار است، اذعان مي‌كند كه نويز بيش از اندازه با فركانس‌هايي بين 300 تا 1500 هرتز، گروه را براي مدت طولاني درگير خود كرده بود. او به هوگان پاسخ داد و طرحي از نويز را برايش فرستاد. به گفته هوگان،«طرح كاملا با پيش‌بيني‌هاي من مطابقت داشت. مثل اين بود كه تقسيم‌كننده پرتو يك تكان جانبي داشت.»البته هنوز هيچ‌كس، حتي خود هوگان، ادعا نمي‌كند كه ژئو600 شواهدي دال بر زندگي ما در يك جهان هولوگرامي ارايه كرده ‌است. هوگان اذعان دارد كه هنوز براي گفتن اين مساله خيلي زود است: «هنوز احتمال دارد كه اين نويز، منشا اين جهاني داشته باشد.»حسگرهاي امواج گرانشي به شدت حساسند، در نتيجه كساني كه با آنها كار مي‌كنند بايد بيش از هر چيز براي حذف نويزها تلاش كنند. آن‌ها بايد حركت ابرها، عبور و مرور خودروها حتي در فاصله دور، لرزش‌هاي زمين و منابع بي‌شمار ديگري را كه ممكن است يك سيگنال واقعي را بپوشانند، حذف كنند. دانزمن مي‌گويد «كار روزانه بالا بردن حساسيت اين آزمايشات هميشه منجر به دريافت مقدار بيش از حد نويز مي‌گردد. كار هميشگي ما اين است كه منبع يك نويز را كشف كنيم، از شر آن خلاص شويم و به دنبال منبع نويز ديگر بگرديم.» در حال حاضر هيچ منبع محتملي براي اين نويز كه ژئو600 دريافت كرده، پيدا نشده است. «در اين مورد بخصوص از ديد من، وضعيت فعلي ناپسند است، ولي نگران كننده نيست.»براي مدتي، تيم ژئو600 چنين مي‌پنداشتند نويزي كه توجه هوگان را به خود جلب كرده، به دليل نوسان دما در تقسيم‌كننده پرتو به وجود آمده است. اما بعد فهميدند كه اين حالت در بدترين شرايط فقط مي‌توانست در مورد يك سوم از نويزها صادق باشد.دانزمن مي‌گويد كه برنامه‌هاي ارتقاي برنامه‌ريزي‌شده فراواني بايد انجام شود تا حساسيت ژئو600 افزايش يابد و برخي منابع احتمالي نويزهاي آزمايش را حذف كنند. بگفته او «اگر در پايان اين فرايندها هم باز اين نويز سر جاي خودش باقي بماند، آنگاه بايد آن را جدي بگيريم و در موردش فكر كنيم.»اگر ژئو600 واقعا نويزهاي هولوگرامي ناشي از تكانه‌هاي كوانتومي فضا-زمان را كشف كرده باشد، به شمشيري دو لبه براي محققان امواج گرانشي تبديل خواهد شد. در يك سو، اين نويز بر سر راه تلاش‌هايشان براي حس كردن امواج گرانشي مانع ايجاد خواهد كرد و از سوي ديگر، مي‌تواند كشف بسيار بزرگ‌تري را برايشان رقم بزند.چنين وضعيتي در فيزيك بي‌سابقه نيست. حسگرهاي غول‌پيكري كه در جستجوي حالتي موهوم از راديواكتيويته كه در آن پروتون‌ها نابود مي‌شوند، ساخته شده بودند؛ هيچ‌گاه نتوانستد چنين چيزي را بيابند. در عوض، آنها كشف كردند كه نوترينوها مي‌توانند از حالتي به حالت ديگر تغيير يابند، كه كشف مهم‌تري بود؛ چرا كه مشخص كرد به چه دليل جهان به جاي اين‌كه از ماده تشكيل شده باشد، از ضد ماده تشكيل نشده است.خيلي مسخره به نظر مي‌رسد ابزاري كه طراحي شده بود تا چيزي به وسعت منابع سماوي امواج گرانشي را كشف كند، به طور ناخواسته دانه‌دانه بودن فوق‌العاده ريزي را در چارچوب فضا-زمان كشف كرد. هوگان مي‌گويد: «به نظر من به عنوان يك محقق فيزيك بنيادي، كشف نويز هولوگرامي خيلي جذاب‌تر است.»بهاي كم براي ارمغاني بزرگ به رغم اين حقيقت كه نويزهاي هولوگرامي در صورت وجود، سبب از بين رفتن توانايي‌هاي ژئو600 براي حس كردن امواج گرانشي مي‌شوند، دانزمن خوشبين است. «حتي اگر حساسيت ژئو600 در يك بازه فركانسي كم شود، اين بهايي خواهد بود كه ما با خوشحالي آن‌را مي‌پردازيم تا اولين كساني باشيم كه دانه‌دانه بودن چارچوب فضا-زمان را حس كرده‌اند. مطمئن باشيد ما خوشحال خواهيم شد. اين يكي از بزرگ‌ترين كشف‌هاي چند دهه اخير است.»با اين حال دانزمن با احتياط با طرح هوگان برخورد مي‌كند و معتقد است كه كار نظري بيشتري بايد روي آن انجام شود. وي مي‌گويد «اين خيلي فريبنده است؛ ولي بيش از آن‌كه يك نظريه باشد، ايده‌اي اوليه است.» دانزمن هم مانند خيلي‌هاي ديگر معتقد است كه هنوز براي ادعاي يك نظريه خيلي زود است. « بگذاريد صبر كنيم و ببينيم. ما هنوز يك سال ديگر تا هيجان‌زده شدن وقت داريم.»ولي هرچه معما طولاني‌تر شود، انگيزه‌ها براي ساخت ابزار اندازه‌گيري نويز هولوگرامي فزوني مي‌گيرد. جان كريمر از دانشگاه واشنگتن در سياتل با اين نظر موافق است. او مي‌گويد: «اين يك خوش‌شانسي تصادفي بود كه پيش‌بيني‌هاي هوگان به آزمايش ژئو600 ربط پيدا كرد. كاملا واضح است كه تحقيقات و آزمايش‌هاي خيلي بهتري مي‌توانستيم روي نويز هولوگرامي انجام دهيم، اگر آن‌ها به طور ويژه روي اندازه‌گيري خواص نويزهاي هولوگرامي و پديده‌هاي مرتبط با آن متمركز شده بودند.»به اعتقاد هوگان يك احتمال مي‌توانست اين باشد كه از دستگاهي به نام تداخل سنج اتمي استفاده كنيم. اين دستگاه از اصولي مشابه با حسگرهاي ليزري استفاده مي‌كند، ولي پرتوها به جاي ليزر از اتم‌هاي فوق سرد تشكيل شده‌اند. چون اتم‌ها مي‌توانند رفتاري موجي و با طول‌موجي بسيار كمتر از نور داشته باشند، تداخل‌سنج‌هاي اتمي ابعادي بسيار كوچك‌تر دارند و در نتيجه، ساخت آنها از حسگرهاي امواج گرانشي مشابه ارزان‌تر است.ولي اگر اين نويز واقعا نويز هولوگرامي باشد، چه معنايي خواهد داشت؟ كريمر آ‌ن‌را به كشف نويز غيرمنتظره‌اي در آنتن آزمايشگاه بل در سال 1964 تشبيه مي‌كند. بعدها مشخص شد كه آن نويز، تابش ريزموج زمينه كيهاني بوده، يعني پس‌تاب انفجار بزرگ يا مهبانگ. «آن كشف نه تنها براي آرنو پنزياس و روبرت ويلسون يك جايزه نوبل به ارمغان آورد، بلكه انفجار بزرگ را ثابت كرد و شاخه‌اي جديد را در كيهان شناسي پديد آورد».هوگان مساله را دقيق‌تر بيان مي‌كند: « فيلم جيمز باندي "ذره‌اي آرامش" را فراموش كنيد، ما مستقيما كوچك‌ترين ذره زمان را ديده‌ايم. اين كوچك‌ترين واحد ممكن زمان است، يعني طول پلانك تقسيم بر سرعت نور.»مهم‌تر اين‌كه، تصديق اصل هولوگرامي مي‌تواند كمك خيلي بزرگي به پژوهشگراني باشد كه سعي مي‌كنند ماشين‌هاي كوانتومي و نظريه گرانش اينشتين را با هم تركيب كنند. امروز معمول‌ترين ديدگاه در مورد گرانش كوانتومي، نظريه ريسمان است كه محققان اميد دارند رويدادهاي هستي را در پايه‌اي‌ترين سطوح آن تشريح كنند.ولي اين فقط يك نمايش شهري نيست. كريمر چنين مي‌گويد: «از فضا-زمان هولوگرامي در رويكردهاي مشخصي به كوانتيزاسيون گرانش كه ارتباط محكمي با نظريه ريسمان دارند، استفاده شده‌ است. در نتيجه بعضي از نظريه‌هاي گرانش ممكن است ابطال شوند و برخي ديگر تقويت شوند.»از جمله اين نظريات تقويت‌شونده مي‌توان به آن‌هايي اشاره كرده كه از نظريه ريسمان نشات مي‌گيرند، و هم‌چنين چيزي كه نظريه ماتريكس ناميده مي‌شود. «در نهايت، احتمالا ما اولين نشانه‌ها را از اين‌كه چطور فضا-زمان از نظريه كوانتوم پديدار مي‌شود، خواهيم ديد.»اگر اين كشف غيرمترقبه همين‌گونه پيش برود، احتمالا پايه‌هاي خيلي چيزها را در دنياي فيزيك به هم خواهد ريخت و به سختي مي‌توان خبري را يافت كه از آن تكان‌دهنده‌تر باشد.

ارسال شده توسط : محقق سایت - ٣  مهر , ١٣٩٠