جدیدترین مطالب را دنبال کنید

یک نوع فیزیک جدید؟ استفن ولفرام یک طرح بنیادی برای ساخت جهان از نقطه‌ها و خط‌ها دارد.

06:001080
FavoriteLoadingافزودن به علاقمندی

استفن ولفرام یک چهره سرشناس در برنامه‌نویسی و ریاضیات است. وی مغز متفکر پشت پروژه ولفرام آلفا (Wolfram Alpha) است، یک وب سایت که سعی می‌کند به سوالات با استفاده از الگوریتم‌هایی که حجم انبوهی از اطلاعات در پایگاه‌های داده را بررسی می‌کنند پاسخ دهد. ولفرام مسئول Mathematica نیز هست، یک سیستم رایانه‌ای که دانشمندان در سراسر جهان از آن استفاده می‌کنند.

هفته گذشته، ولفرام یک ماجراجویی جدید را کلید زد: پروژه فیزیک ولفرام، یک تلاش بلندپروازانه برای توسعه فیزیک جدیدی برای جهان. فیزیک جدیدی که وی اعلام می‌کند، محاسباتی است. ایده‌ی راهنما این است که هر چیزی می‌تواند از کاربرد قوانین ساده در بلوک‌های بنیادی منتج شود.

این «فیزیک جدید» چه نکته‌ای دارد؟

چرا ما به چنین نظریه‌ای احتیاج داریم؟ گذشته از این‌ها، ما در حال حاضر دو نظریه فیزیکی بسیار موفق داریم. نسبیت عام- نظریه گرانش و ساختار بزرگ مقیاس کیهان ما- و مکانیک کوانتومی- نظریه‌ی اجزای بنیادی سازنده جهان، و برهمکنش بین آن‌ها. آیا به انتهای فیزیک رسیده‌ایم؟

نه کاملا. در عین حال که ما یک نظریه عالی از چگونگی کارکرد گرانش برای اجسام بزرگ، نظیر ستاره‌ها و سیارات و حتی انسان‌ها داریم، اما ما گرانش را در انرژی‌های بسیار زیاد یا اجسام بی‌نهایت کوچک درک نکرده‌ایم.

نسبیت عام وقتی به مرز ریزمقیاس جایی که مکانیک کوانتومی حاکم است می‌رسد شکست می‌خورد. این اتفاق منجر به تلاش و جستجو برای جام مقدسِ فیزیک شده است: یک نظریه گرانش کوانتومی، که آنچه که از نسبیت عام می‌دانیم را با آن‌چه مکانیک کوانتومی می‌دانیم ترکیب می‌کند و یک نظریه فیزیکی کاملا جدید تولید می‌کند.

بهترین رویکرد فعلی که برای گرانش کوانتومی داریم نظریه ریسمان است. این نظریه به مدت ۵۰ سال است که بر روی آن کار می‌شود، و در حالی که برخی موفقیت‌ها را بدست آورده اما نارضایتی فزاینده‌ای نیز نسبت به این رویکرد وجود دارد.

تفاوت رویکرد ولفرام چیست؟

ولفرام در تلاش است یک جایگزین برای نظریه ریسمان ارائه دهد. او این کار را از طریق یک شاخه از ریاضیات به نام نظریه گراف انجام می‌دهد، که این نظریه گروه‌هایی از نقاط و گره‌ها که توسط خطوطی به هم متصل شده‌اند را مطالعه می‌کند.

گراف
در ایده ولفرام، به کار بردن قواعد ساده به بلوک‌های بنیادی شبکه‌ای پیچیده را تشکیل می‌دهد.

به یک بستر شبکه‌های اجتماعی فکر کنید. با یک شخص شروع کنید: مثلا بتی. سپس، یک قاعده ساده را اضافه کنید: هر شخص سه نفر را به شبکه اضافه می‌کند. قاعده را بتی اعمال کنید: حالا وی سه دوست دارد. قاعده را مجدد به هر شخص اعمال کنید (شامل شخصی که با آن شبکه را آغاز کردید یعنی : بتی). اعمال این قاعده را ادامه دهید، و خیلی زود، شبکه‌ای از دوستان که یک گراف پیچیده را شکل می‌دهد دارید.

پیشنهاد ولفرام این است که جهان می‌تواند به شکل مشابهی مدل شود. وی پیشنهاد می‌کند، که هدف فیزیک، تدوین قوانینی است که گراف جهانی از آن‌ها تبعیت می‌کند.

نکته کلیدی در پیشنهاد وی این است که یک گراف پیچیده‌ی مناسب شبیه به یک هندسه است. برای مثال، یک مکعب را در نظر بگیرید و یک گراف که به آن شباهت دارد.

مجموعه‌ای از نقاط و خطوط می‌تواند سطوح و حجم‌ها را شبیه‌سازی کنند. ولفرام استدلال می‌کند که فضا را نیز می‌توان با شبکه‌ای از خطوط و گره‌ها شبیه‌سازی کرد.

ولفرام استدلال می‌کند که گراف‌های بی‌نهایت پیچیده به سطوح و حجم‌ها شباهت دارند: تعداد کافی گره اضافه کنید و آن‌ها را با تعدادی کافی خط بهم متصل کنید و شما یک نوع شبکه را ایجاد می‌کنید. ولفرام مدعی است که خود فضا می‌تواند به صورت یک شبکه که یک سری از گره‌ها را به این روش بهم گره می‌زند تصور شود.

این چه ارتباطی با فیزیک دارد؟

چطور یک شبکه پیچیده از گره‌ها در پروژه آشتی دادن نسبیت عام و مکانیک کوانتومی کمک می‌کند؟ خوب، نظریه کوانتومی با موجودات گسسته‌ای با ویژگی‌های گسسته سر و کار دارد. از طرف دیگر نسبیت عام، جهان را به صورت پیوسته می‌بیند و نیروی گرانش نیز پیوسته است.

اگر ما بتوانیم نظریه‌ای بسازیم که آنچه نسبیت عام انجام می‌دهد را انجام دهد اما از ساختارهای گسسته‌ای نظیر گراف‌ها آغاز شود، پس چشم‌انداز آشتی بین نسبیت عام و مکانیک کوانتومی امیدوار کننده به نظر خواهد رسید. اگر بتوانیم یک هندسه برای شباهت‌سازی نسبیت عام با استفاده از یک ساختار گسسته بسازیم، پس چشم‌انداز وحدت دو نظریه حتی بهتر هم خواهد شد.

ولفرام تصور می‌کند که فضا را می‌توان با شبکه‌ای پیچیده از گره‌ها و نقطه‌ها و خطوط تولید کرد.

 

بنابراین آیا وقت آن است که هیجان‌زده شویم؟

در عین حال که پروژه ولفرام امیدوارکننده است، بیش از اشاره به سرگرمی است. ولفرام علیه اینشتین‌ها و هاوکینگ‌های جهان قد علم می‌کند، و او این کار را بدون سپری کردن عمری در چاپ مقالات فیزیک انجام می‌دهد. (البته وی چندین مقاله به عنوان یک نوجوان نابغه چاپ کرده است، اما بیش از ۴۰ سال پیش بوده است، همچنان که کتاب A New Kind of Science را چاپ کرده است، که سلف معنوی پروژه فیزیک ولفرام است.)

علاوه بر این، رویکرد وی کاملا اصیل نیست. رویکرد وی شبیه به دو رویکرد موجود برای گرانش کوانتومی است: نظریه مجموعه‌های علی و گرانش کوانتومی حلقه، هیچکدام بیش از یک اشاره در طرح بزرگ ولفرام به چشم نمی‌خورند.

با این‌حال، پروژه به سه دلیل قابل توجه است. اول، ولفرام مخاطبان گسترده‌ای دارد و تلاش بسیاری برای محبوبیت رویکرد خود خواهد کرد. به ویژه طرفداران گرانش کوانتومی حلقوی که از برتری نظریه ریسمان در جامعه فیزیک تأسف می‌خورند. ممکن است ولفرام به تقبل یک تغییر الگو (تغییر پارادایم) در فیزیک کمک کند.

دوم، ولفرام یک مرور اجمالی بسیار دقیق برای پروژه فراهم کرده است از اصول اولیه نظریه گراف تا نسبیت عام. این کار را برای افراد ساده‌تر می‌کند تا با رویکرد کلی سرعت بیشتری بگیرند و بطور بالقوه به سهم خودشان مشارکت کنند.

سوم، این پروژه «متن باز» (Open Source) است، و از همه دانشمندان علم شهروندی برای مشارکت دعوت می‌کند.

0 0 vote
Article Rating
منبع
The Conversation
لینک کوتاه
https://sciencetoday.ir/?p=7113

20 نوشته
گروه نویسندگان مجله علم روز
مشترک شوید
آگاه شوید
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
کانال علم روز