آشنایی با هولوگرام و امواج گرانشی

بررسی بیشتر امواج گرانشی

هولوگرام و امواج گرانشی

حس گرهای امواج گرانشی مانند ژئو۶۰۰ به‌طرز شگفت‌انگیز و فوق‌العاده‌ای دقیقند. نظریه این است که اگر یک موج گرانشی از ژئو۶۰۰ بگذرد، فضا را در یک جهت می‌کشد و در جهت دیگر فشرده می‌کند. برای اندازه‌گیری این تاثیر بسیار ضعیف، تیم ژئو۶۰۰ یک تک موج لیزر را از یک آینه نیمه‌شفاف نقره که تقسیم‌کننده پرتو نامیده می‌شود، عبور می‌دهند. این آینه نیمه‌شفاف، نور را به دو پرتو تقسیم می‌کند که از بازوهای متقاطع ۶۰۰ متری دستگاه می‌گذرد و باز می‌گردد. پرتوهای بازگشتی نور در آینه نیمه‌شفاف دوباره با هم جمع می‌شوند و امواج نور با حذف یا تقویت یکدیگر، الگوی تداخلی روشن‌و‌تاریکی را تشکیل می‌دهند. هر تغییری در موقعیت آن محدوده‌ها به شما می‌گوید که طول منتسب به بازوها دچار تغییر شده است. در ادامه این مقاله به بررسی بیشتر هولوگرام و امواج گرانشی می پردازیم .

به گفته هوگان «نکته کلیدی این است که این آزمایش‌ها، حسگرهایی دارند که به تغییر طول در ابعاد خیلی کوچک‌تر از یک پروتون حساسند.»

آیا آنها خواهند توانست یک تصویر هولوگرام از فضا-زمان دانه‌دانه‌ای را حس کنند؟ هوگان فهمید که از پنج حسگر امواج گرانشی در جهان، آزمایشگاه انگلیسی-آلمانی ژئو۶۰۰ حساس‌ترین حسگر به آن چیزی است که او در ذهن داشت. او پیش‌بینی کرد که اگر تکانه‌های فضا-زمان به تقسیم‌کننده پرتو ضربه وارد کنند، در اندازه‌گیری‌هایش خود را نشان خواهد داد و سبب نویز در سیگنال نور لیزر خواهد شد. او پیش‌بینی‌هایش را خردادماه برای تیم ژئو۶۰۰ فرستاد. «وقتی فهمیدم آزمایش آنها نویزهای ناخواسته‌ای را ثبت کرده، شگفت‌زده شدم.»

جهان هولوگرامی

محقق ارشد ژئو۶۰۰، کرستن دانزمن از انستیتوی فیزیک گرانشی ماکس پلانک در پوتسدام آلمان که در دانشگاه هانوفر نیز مشغول به کار است، اذعان می‌کند که نویز بیش از اندازه با فرکانس‌هایی بین ۳۰۰ تا ۱۵۰۰ هرتز، گروه را برای مدت طولانی درگیر خود کرده بود. او به هوگان پاسخ داد و طرحی از نویز را برایش فرستاد. به گفته هوگان،«طرح کاملا با پیش‌بینی‌های من مطابقت داشت. مثل این بود که تقسیم‌کننده پرتو یک تکان جانبی داشت.»

البته هنوز هیچ‌کس، حتی خود هوگان، ادعا نمی‌کند که ژئو۶۰۰ شواهدی دال بر زندگی ما در یک جهان هولوگرامی ارایه کرده ‌است. هوگان اذعان دارد که هنوز برای گفتن این مساله خیلی زود است: «هنوز احتمال دارد که این نویز، منشا این جهانی داشته باشد.»

امواج گرانشی

حسگرهای امواج گرانشی به شدت حساسند، در نتیجه کسانی که با آنها کار می‌کنند باید بیش از هر چیز برای حذف نویزها تلاش کنند. آن‌ها باید حرکت ابرها، عبور و مرور خودروها حتی در فاصله دور، لرزش‌های زمین و منابع بی‌شمار دیگری را که ممکن است یک سیگنال واقعی را بپوشانند، حذف کنند. دانزمن می‌گوید «کار روزانه بالا بردن حساسیت این آزمایشات همیشه منجر به دریافت مقدار بیش از حد نویز می‌گردد. کار همیشگی ما این است که منبع یک نویز را کشف کنیم، از شر آن خلاص شویم و به دنبال منبع نویز دیگر بگردیم.» در حال حاضر هیچ منبع محتملی برای این نویز که ژئو۶۰۰ دریافت کرده، پیدا نشده است. «در این مورد بخصوص از دید من، وضعیت فعلی ناپسند است، ولی نگران کننده نیست.»

بررسی بیشتر امواج گرانشی

برای مدتی، تیم ژئو۶۰۰ چنین می‌پنداشتند نویزی که توجه هوگان را به خود جلب کرده، به دلیل نوسان دما در تقسیم‌کننده پرتو به وجود آمده است. اما بعد فهمیدند که این حالت در بدترین شرایط فقط می‌توانست در مورد یک سوم از نویزها صادق باشد.دانزمن می‌گوید که برنامه‌های ارتقای برنامه‌ریزی‌شده فراوانی باید انجام شود تا حساسیت ژئو۶۰۰ افزایش یابد و برخی منابع احتمالی نویزهای آزمایش را حذف کنند. بگفته او «اگر در پایان این فرایندها هم باز این نویز سر جای خودش باقی بماند، آنگاه باید آن را جدی بگیریم و در موردش فکر کنیم.»

اگر ژئو۶۰۰ واقعا نویزهای هولوگرامی ناشی از تکانه‌های کوانتومی فضا-زمان را کشف کرده باشد، به شمشیری دو لبه برای محققان امواج گرانشی تبدیل خواهد شد. در یک سو، این نویز بر سر راه تلاش‌هایشان برای حس کردن امواج گرانشی مانع ایجاد خواهد کرد و از سوی دیگر، می‌تواند کشف بسیار بزرگ‌تری را برایشان رقم بزند.چنین وضعیتی در فیزیک بی‌سابقه نیست. حسگرهای غول‌پیکری که در جستجوی حالتی موهوم از رادیواکتیویته که در آن پروتون‌ها نابود می‌شوند، ساخته شده بودند؛ هیچ‌گاه نتوانستد چنین چیزی را بیابند. در عوض، آنها کشف کردند که نوترینوها می‌توانند از حالتی به حالت دیگر تغییر یابند، که کشف مهم‌تری بود؛ چرا که مشخص کرد به چه دلیل جهان به جای این‌که از ماده تشکیل شده باشد، از ضد ماده تشکیل نشده است.

خیلی مسخره به نظر می‌رسد ابزاری که طراحی شده بود تا چیزی به وسعت منابع سماوی امواج گرانشی را کشف کند، به طور ناخواسته دانه‌دانه بودن فوق‌العاده ریزی را در چارچوب فضا-زمان کشف کرد. هوگان می‌گوید: «به نظر من به عنوان یک محقق فیزیک بنیادی، کشف نویز هولوگرامی خیلی جذاب‌تر است.»

بررسی بیشتر امواج گرانشی

بهای کم برای ارمغانی بزرگ

به رغم این حقیقت که نویزهای هولوگرامی در صورت وجود، سبب از بین رفتن توانایی‌های ژئو۶۰۰ برای حس کردن امواج گرانشی می‌شوند، دانزمن خوشبین است. «حتی اگر حساسیت ژئو۶۰۰ در یک بازه فرکانسی کم شود، این بهایی خواهد بود که ما با خوشحالی آن‌را می‌پردازیم تا اولین کسانی باشیم که دانه‌دانه بودن چارچوب فضا-زمان را حس کرده‌اند. مطمئن باشید ما خوشحال خواهیم شد. این یکی از بزرگ‌ترین کشف‌های چند دهه اخیر است.»

با این حال دانزمن با احتیاط با طرح هوگان برخورد می‌کند و معتقد است که کار نظری بیشتری باید روی آن انجام شود. وی می‌گوید «این خیلی فریبنده است؛ ولی بیش از آن‌که یک نظریه باشد، ایده‌ای اولیه است.» دانزمن هم مانند خیلی‌های دیگر معتقد است که هنوز برای ادعای یک نظریه خیلی زود است. « بگذارید صبر کنیم و ببینیم. ما هنوز یک سال دیگر تا هیجان‌زده شدن وقت داریم.» . ولی هرچه معما طولانی‌تر شود، انگیزه‌ها برای ساخت ابزار اندازه‌گیری نویز هولوگرامی فزونی می‌گیرد. جان کریمر از دانشگاه واشنگتن در سیاتل با این نظر موافق است. او می‌گوید: «این یک خوش‌شانسی تصادفی بود که پیش‌بینی‌های هوگان به آزمایش ژئو۶۰۰ ربط پیدا کرد. کاملا واضح است که تحقیقات و آزمایش‌های خیلی بهتری می‌توانستیم روی نویز هولوگرامی انجام دهیم، اگر آن‌ها به طور ویژه روی اندازه‌گیری خواص نویزهای هولوگرامی و پدیده‌های مرتبط با آن متمرکز شده بودند.»

تداخل سنج اتمی

به اعتقاد هوگان یک احتمال می‌توانست این باشد که از دستگاهی به نام تداخل سنج اتمی استفاده کنیم. این دستگاه از اصولی مشابه با حسگرهای لیزری استفاده می‌کند، ولی پرتوها به جای لیزر از اتم‌های فوق سرد تشکیل شده‌اند. چون اتم‌ها می‌توانند رفتاری موجی و با طول‌موجی بسیار کمتر از نور داشته باشند، تداخل‌سنج‌های اتمی ابعادی بسیار کوچک‌تر دارند و در نتیجه، ساخت آنها از حسگرهای امواج گرانشی مشابه ارزان‌تر است ولی اگر این نویز واقعا نویز هولوگرام باشد، چه معنایی خواهد داشت؟ کریمر آ‌ن‌را به کشف نویز غیرمنتظره‌ای در آنتن آزمایشگاه بل در سال ۱۹۶۴ تشبیه می‌کند. بعدها مشخص شد که آن نویز، تابش ریزموج زمینه کیهانی بوده، یعنی پس‌تاب انفجار بزرگ یا مهبانگ. «آن کشف نه تنها برای آرنو پنزیاس و روبرت ویلسون یک جایزه نوبل به ارمغان آورد، بلکه انفجار بزرگ را ثابت کرد و شاخه‌ای جدید را در کیهان شناسی پدید آورد».

هوگان مساله را دقیق‌تر بیان می‌کند: « فیلم جیمز باندی “ذره‌ای آرامش” را فراموش کنید، ما مستقیما کوچک‌ترین ذره زمان را دیده‌ایم. این کوچک‌ترین واحد ممکن زمان است، یعنی طول پلانک تقسیم بر سرعت نور.» مهم‌تر این‌که، تصدیق اصل هولوگرام می‌تواند کمک خیلی بزرگی به پژوهشگرانی باشد که سعی می‌کنند ماشین‌های کوانتومی و نظریه گرانش اینشتین را با هم ترکیب کنند. امروز معمول‌ترین دیدگاه در مورد گرانش کوانتومی، نظریه ریسمان است که محققان امید دارند رویدادهای هستی را در پایه‌ای‌ترین سطوح آن تشریح کنند.

نظریه ماتریکس

از جمله این نظریات تقویت‌شونده می‌توان به آن‌هایی اشاره کرده که از نظریه ریسمان نشات می‌گیرند، و هم‌چنین چیزی که نظریه ماتریکس نامیده می‌شود. «در نهایت، احتمالا ما اولین نشانه‌ها را از این‌که چطور فضا-زمان از نظریه کوانتوم پدیدار می‌شود، خواهیم دید.»

اگر این کشف غیرمترقبه همین‌گونه پیش برود، احتمالا پایه‌های خیلی چیزها را در دنیای فیزیک به هم خواهد ریخت و به سختی می‌توان خبری را یافت که از آن تکان‌دهنده‌تر باشد. ولی این فقط یک نمایش شهری نیست. کریمر چنین می‌گوید: «از فضا-زمان هولوگرام در رویکردهای مشخصی به کوانتیزاسیون گرانش که ارتباط محکمی با نظریه ریسمان دارند، استفاده شده‌ است. در نتیجه بعضی از نظریه‌های گرانش ممکن است ابطال شوند و برخی دیگر تقویت شوند.»

نیوساینتیست، ۱۵ ژانویه


دیدگاه‌ها
پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.1