تئوری کوانتوم گرانشی

گرچه سالها فیزیک نیوتنی بی تکاپو مانده بود، اما در اوایل قرن بیستم وقتی که فیزیک نیوتنی در جواب به سوالات پایه در باره زمان و فضا مثل ?آیا جهان بی آنتهاست? یا ?آیا زمان ابدی است? ناتوان ماند، نیاز به یک پایه جدید از فیزیک احساس شد.این امر موجب ارائه و توسعه تئوری کوانتوم توسط بوهر, شرودینگر و هایزنبرگ و نیز تئوری نسبیت انشتین شد. این اولین گام در توسعه پایه های فیزیک جدید شد. ولی در کل هر دو تئوری ناکاملند و در جواب دادن به بسیاری از سوالها ناتوانند و محدودیت دارند. فیزیک کوانتم با رفتار اجرام بسیار کوچک سر و کار دارد, مثلا چرا رفتار تجربی اتم با پیشگویی های فیزیک نیوتونی سازگار نیست. همچنین نظریه نسبیت در مقیاس های بزرگ با اجرام آسمانی و...سر و کار دارد.هر دو تئوری در توجیه برخی پدیده ها با شکست مواجه می شوند. بنا بر این در توصیف کامل جهان با مشکل مواجه می شوند.کسی باید این دو تئوری را وحدت ببخشد و آنها را با هم سازگار کند. تئوری نهایی باید رفتار جهان را, از کوارکها و اتمها گرفته تا باقی جهان, توصیف کند. این تئوری گرانش کوانتومی است.
Answered by: Christian Kaas, M.A., Phyics Grad Student, IRNP, Paris
جواب دوم:دو ناحیه اساسی در فیزیک مدرن وجود دارد که هر یک جهان را به گونه ای متفاوت توصیف می کند . در ابتدا ما مکانیک کوانتومی را داریم که از اتم, ملکول و ذرات بنیادی صحبت میکند. پس از آن ما نسبیت عام را داریم که به ما میگووید گرانش انحنای فضا زمان است. برای ترکیب این دو رکن فیزیک مدرن تلاشهای زیادی انجام شد.سه دیدگاه برای گرانش کوانتومی وجود دارد که هر یک مشکل خود را دارد:
۱) Loop quantum gravity.
۲) String Theory.
۳) Others; Penrose spin networks, Connes non-commutative geometry etc.
۱) لوپ کوانتوم گرانشی روشی برای کوانتیزه کردن فضا زمان است در حالی که انچه نسبیت عام می گوید را نیز محفوظ می دارد. این مستقل از زمینه یا متریک میدان گرانشی است. پس وقتی ما با گرانش سر و کار داریم باید اینگونه باشد. همچنین در ۴ بعد فرمول بندی شده است. مشکل اصلی این است که نیرو های دیگر در طبیعت , الکترو مغناطیس , قوی یا ضعیف, نمی توانند در فرمول بندی قرار بگیرند. و بعد اینکه هنور معلوم نیست که چطور گرانش کوانتمی (لووپ) به نسبیث عام مربوط می شود.
۲) حال String theoryرا داریم . این تئوری یک تئوری کوانتومی است که در آن جرم پایه, فنر یک بعدی است و نه بصورت یک ذره. تئوری فنر به اندازه کافی گسترده است که مدل استاندارد و گرانش را الزاما شامل شود. سه مشکل وجوددارد. اول اینکه این تئوری وابسته به زمینه یا وابسته به پایه یا
Background dependantاست . تیوری با یک متریکBackgroundفرمول بندی شده است . دوم اینکه کسی نمی داند خلا فیزیکی در این تئوری یعنئ چه؟ پس دارای قدرت پیش بینی نمی باشد. تئوری فنر باید در یازده بعد فرمول بندی شده باشد, چه به سر هفت تای دیگر می آید کسی نمی داند. (همچنین این تئوری چند سیستمی است و ذرات جدیدی را معرفی می کند.
۳) بعد میرسیم به دیدگاههای دیگر مثل ? ژئومتری جا بجایی ناپذیر? در اینجا تصور می شود مختصات فضا زمان جابجا نا پذیرند مثلا Xy or yzصفر نیستند. این اطلاعات شدیداً به عملگر های جبری وابسته اند . تمام فرضیه ها چندین چیز مشترک دارند که به عنوان بخشی در گرانش کوانتوم در مقیاس پلانک هستند
الف) فضا زمان جداست و جابجایی ناپذیر
ب) هولوگرافی و بندBekenstin
الف) این به زبان ساده کاربرد مکانیک کوانتوم در فضا زمان است. در مکانیک کوانتوم همه ی کمیت مشاهده پذیر فیزیکی، گسسته هستند.
ب) اصل هولوگرافی اولین بار از طرف هاوکینگ ارائه شد. او دریافت که انتروپی سیاه چاله به ناحیه سطحی افقی بستگی دارد، نه به حجم آن. یعنی تمام اطلاعات راجع به یک سیاه چاله روی سطح افق آن است. این شبیه یک هولوگراف است. شما تنها لازم است که سطح دوم را مورد بررسی قرار دهید تا هر آنچه را که می خواهید از سیاه چاله بدست بیاوریدBekenstinنشان داد که یک مقدار ماکزیمم از اطلاعات وجود دارد که میتواند از یک سطح رد شود که در واحدهای پلانک کوانتیزه است.
Answered by: Andrew James Bruce, Physics Graduate

ترجمه از : زهرا سلیمانیان
برگرفته از سایت:http://www.physlink.com/Education/AskExperts/ae۶۲۰.cfm
نقل از گروه فارسی. سی. پی. اچ