فضازمان دقیقاً از چه چیزی ساخته شده است؟
به‌عقیده‌ی بسیاری از فیزیک‌دانان، فضازمان ممکن است بنیادی نباشند؛ بلکه می‌توانند معلول و از ساختار و رفتاری با ماهیت بنیادی‌تر سرچشمه گرفته باشند. در عمیق‌ترین سطح واقعیت، پرسش‌هایی مثل «کجا؟» و «چه زمانی؟» ممکن است هیچ پاسخی نداشته باشند. پاکت، فیزیک‌دان نظری دانشگاه واشنگتن، دراینباره می‌گوید:
در فیزیک، شواهد زیادی وجود دارند که نشان می‌دهند فضازمانی که می‌شناسیم بنیادی نیست.
این مفاهیم رادیکال از نظریهی گرانش کوانتومی سرچشمه می‌گیرند. بهترین نظریهی فیزیک‌دانان درباره‌ی گرانش تا امروز نسبیت عام است؛ نظریهی معروف آلبرت اینشتین درباره‌ی چگونگی پیچش فضا و زمان در حضور ماده. بهترین نظریه درباره‌ی چیزهای دیگر هم فیزیک کوانتوم است که درباره‌ی ویژگی‌های ماده و انرژی و ذرات زیراتمی دقت زیادی دارد. هر دو نظریه از آزمایش‌های مختلف در قرن گذشته با موفقیت بیرون آمده‌اند؛ به‌همین‌دلیل، به‌نظر می‌رسد با این دو نظریه به «نظریهی همه‌چیز» می‌رسیم.
دو نظریهی یادشده تمام نیازها را برآورده نمی‌سازند. اگر بخواهید نسبیت عام را برای فیزیک کوانتوم به‌کار ببرید، پاسخ‌های متناقضی دریافت می‌کنید و ممکن است به بی‌نهایت‌های کنترل‌نشده‌ای برسید که ماشین‌‌حسابتان را خراب کنند؛ اما طبیعت می‌داند چطور گرانش را در زمینه‌های کوانتومی اعمال کند. ممکن است این اتفاق در لحظات اول بیگ‌بنگ رخ داده باشد و هنوزهم در قلب سیاه‌چاله‌ها در حال رخ‌دادن باشد؛ اما ما انسان‌ها هنوز نتوانستیم این فرایند را درک کنیم.
بخشی از مشکل به رویکرد دو نظریهی نسبیت عام و فیزیک کوانتوم درمقایسه‌با فضازمان وابسته است. با اینکه فیزیک کوانتوم ماهیت فضازمان را تغییرناپذیر می‌داند، نسبیت عام آن را خم می‌کند. درنتیجه، برای سازگار‌کردن فرضیه‌ها درباره‌ی فضازمان به نظریه‌ای مثل گرانش کوانتومی نیاز داریم. برای این کار باید منشأ مشکل را پیدا کرد و فضازمان را معلول چیزی بنیادی‌تر در نظر گرفت. در سال‌های گذشته، پژوهش‌های متعددی دراینباره پیشنهاد شده‌اند و در عمیق‌ترین سطح واقعیت، فضا و زمان آن‌گونه که در دنیای روزمره‌ی ما دیده می‌شوند، وجود ندارند.
در دهه‌ی گذشته، فرضیه‌های مرتبط با فضازمان نگرش فیزیک‌دانان به سیاه‌چاله‌ها را تغییر دادند. امروزه، پژوهشگران از این مفاهیم برای شرح اجرام عجیب‌تری مثل کرم‌چاله‌ها استفاده می‌کنند. کرم‌چاله‌ها درواقع تونل‌هایی فرضی مانند پل‌هایی بین نقاط دوردست در فضازمان هستند. این موفقیت‌ها امید به پیشرفت‌های بیشتر را افزایش می‌دهند. اگر فضازمان ماهیتی برآمده داشته باشد، رسیدن به منشأ آن و چگونگی این برخاستن ممکن است کلید رمزگشایی از نظریهی همه‌چیز باشد.
براساس نظریه نسبیت عام گرانش باعث خمیدگی فضا می‌شود
جهان در دوئتی رشته‌ای
امروزه، نظریهی ریسمان محبوب‌ترین نظریهی منتخب گرانش کوانتومی در میان فیزیک‌دانان است. براساس این فرضیه، رشته‌ها اجزای بنیادی ماده و انرژی هستند و باعث می‌شوند ذرات زیراتمی بنیادی به‌عنوان شتاب‌دهنده‌هایی ذرات در اطراف جهان به‌نظر برسند. این ذرات حتی عامل گرانش هم هستند. براساس این فرضیه، ذره‌ای فرضی به نام گراویتون می‌تواند نیروی گرانشی را حمل کند که یکی از پیامدهای اجتناب‌ناپذیر این نظریه است.
درک نظریهی ریسمان دشوار است؛ چراکه در قلمروی ریاضی باقی مانده است و فیزیک‌دانان و ریاضی‌دانان سال‌ها است درباره‌ی آن پژوهش می‌کنند. بخش زیادی از ساختار این نظریه فاقد سازمان‌دهی است و به برنامه‌ریزی و نقشه‌برداری نیاز دارد. روش اصلی در این حوزه‌ی جدید، استفاده از دوگانگی‌های ریاضی یا تناظر بین یک سیستم و سیستم دیگر است.
برای مثال، می‌توان به تناظر بین ابعاد کوچک و ابعاد بسیار بزرگ اشاره کرد. اگر برای قراردادن یک بعد در فضایی کوچک تلاش کنید، براساس نظریهی ریسمان احتمالاً با چیزی روبه‌رو می‌شوید که ازنظر ریاضی متناظر با دنیایی با ابعاد بزرگ است. براساس نظریهی ریسمان، دو موقعیت یکسان هستند و می‌توانید آزادانه از یکی به دیگری نوسان کنید و از تکنیک‌های یک موقعیت برای درک تکنیک‌های دیگری استفاده کنید. پاکت می‌افزاید:
اگر با دقت زیادی مسیر بلوک‌های سازنده‌ی اصلی نظریه را ردیابی کنید، گاهی می‌توانید یک بعد جدید فضایی را توسعه دهید.
براساس تناظری مشابه، فضا ازنظر بسیاری از نظریه‌پردازان ریسمان معلول به شمار می‌رود. این فرضیه در سال ۱۹۹۷ مطرح شد؛ درست زمانی که خوان مالداسنا، فیزیک‌دان مؤسسه‌ی مطالعات پیشرفته، تناظر بین یک نظریهی ریسمان موسوم به نظریهی میدان همدیس (CFT) و نوع خاصی از فضازمان نسبیت عامی موسوم به فضای آنتی دی سیتر (AdS) را رونمایی کرد.
به‌نظر می‌رسد این دو نظریه کاملاً متفاوت باشند؛ زیرا نظریهی CFT فاقد گرانش است و فضای AdS هم تمام خصوصیات نظریهی نسبیت اینشتین را دارد. بااین‌حال، می‌توان با ریاضیات یکسان هر دو دنیا را توصیف کرد. کشف تناظر AdS/CFT رابطه‌ی ریاضی ملموسی را بین نظریهی کوانتومی و جهانی کامل دارای گرانش ارائه می‌کند.
براساس نظریهی ریسمان فضازمان خود از چیز دیگری سرچشمه گرفته است
فضای AdS در تناظر AdS/CFT یک بعد بیشتر از فضای CFT کوانتومی دارد؛ اما فیزیک‌دانان از این نبود تطابق استقبال می‌کنند؛ زیرا نمونه‌ی آزمایش‌شده از نوع دیگری از تناظر به نام اصل هولوگرافیک است که چند سال پیش، جرارد تی. هوفت از دانشگاه اوترخت هلند و لئونارد ساسکایند از دانشگاه استنفورد آن را ارائه کردند. به‌دلیل برخی از ویژگی‌های خاص سیاه‌چاله‌ها، تی. هوفت و ساسکایند شک داشتند که بتوان ویژگی‌های یک بخش از فضا را کاملاً براساس مرز آن رمزنگاری کرد. به بیان دیگر، سطح دو بعدی یک سیاه‌چاله مانند یک هولوگرام عمل می‌کند و براساس آن می‌توان به اطلاعات سه‌بعدی داخل سیاه‌چاله رسید.
در تناظر AdS/CFT هم CFT چهاربعدی همه‌چیز را درباره‌ی فضای پنج‌بعدی AdS رمزنگاری می‌کند. در این سیستم، کل بخش فضازمانی از تعامل بین اجزای سیستم کوانتومی در نظریهی میدان همدیس ساخته می‌شود. مالداسنا این فرایند را به خواندن رمان تشبیه می‌کند. او می‌گوید:
وقتی رمان می‌خوانید، همیشه با شخصیت‌هایی روبه‌رو می‌شوید که در حال انجام کاری هستند؛ اما تنها چیزی که می‌بینید، خطوط متنی است. اینکه شخصیت‌ها چه کاری انجام می‌دهند، از خطوط متنی استنباط می‌کنید. شخصیت‌های داخل کتاب دقیقاً مانند نظریهی AdS هستند و خط متنی کتاب همان CFT است.
فضای داخل فضای Ads دقیقاً از کجا آمده است؟ اگر این فضا معلول باشد؛ پس علت آن چیست؟ پاسخ به این پرسش نوعی تعامل ویژه و عجیب کوانتومی در CFT به نام درهم‌تنیدگی است که به اتصال دوربرد بین اشیاء گفته می‌شود. این اتصال باعث می‌شود رفتار دو شیء همبسته شود. اینشتین درهم‌تنیدگی را «حرکت شبح‌وار در فاصله» می‌نامید.
درهم‌تنیدگی با وجود خاصیت شبح‌وار ویژگی اصلی فیزیک کوانتوم است. در مکانیک کوانتوم، وقتی دو شیء با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند، درواقع درهمتنیده می‌شوند و تا زمانی که از بقیه‌ی جهان ایزوله باشند، صرف‌نظر از فاصله درهمتنیده می‌مانند. فیزیک‌دانان در آزمایش‌های خود به درهم‌تنیدگی بین اشیاء در فاصله‌های ۱۰۰۰ کیلومتری و حتی درهم‌تنیدگی بین ذرات روی زمین و ذرات مدار رسیدند. دو ذره‌ی درهمتنیده می‌توانند اتصال خود در جهت‌های مخالف کهکشان یا جهان را حفظ کنند. به‌طورکلی فاصله برای درهم‌تنیدگی اهمیتی ندارد. این معما سال‌ها است ذهن بسیاری از فیزیک‌دانان را به خود مشغول کرده است.
اگر فضا برآیند یا معلول باشد، قابلیت درهم‌تنیدگی در مقیاس‌های بزرگ دیگر پدیده‌ی اسرارآمیزی نخواهد بود؛ زیرا فاصله هم یک ساختار است. براساس پژوهش‌های فیزیکدانانی مثل شینسی ریو از دانشگاه پرینستون و تاداشی تاکایاناگی از دانشگاه کیوتو درباره‌ی تناظر AdS/CFT، درهم‌تنیدگی در درجه‌ی اول باعث ایجاد فاصله‌ها در فضای AdS می‌شود. دو نقطه‌ی نزدیک فضا در سمت AdS منطبق با دو مؤلفه‌ی به‌شدت درهم‌تنیده‌ی کوانتومی در CFT هستند. هرچقدر شدت درهم‌تنیدگی بیشتر باشد، مناطق فضا به یکدیگر نزدیک‌تر هستند. در سال‌های گذشته، فیزیک‌دانان شک داشتند که بتوان این رابطه را بر جهان اعمال کرد. ساسکایند بیان می‌کند:
چه عاملی فضا را نگه می‌دارد و از سقوط آن در مناطق مجزا جلوگیری می‌کند؟ پاسخ به درهم‌تنیدگی بین دو بخش فضا وابسته است. پیوستگی و اتصال فضا خود مدیون درهم‌تنیدگی مکانیک کوانتومی است. درهم‌تنیدگی می‌تواند ساختار فضا را حفظ و تار‌و‌پودی ایجاد کند که هندسه‌ی جهان را شکل می‌دهد. اگر بتوانید درهم‌تنیدگی بین دو بخش از فضا را از بین ببرید، فضا از هم می‌پاشد و این دقیقاً نقطه‌ی مقابل برآمدن است.
اگر فضا از درهم‌تنیدگی ساخته شده باشد، حل معمای گرانش کوانتومی آسان‌تر خواهد شد: به‌جای تلاش برای خم‌کردن فضا به شیوه‌ای کوانتومی، خودِ فضا از پدیده‌ای کاملاً بنیادی و کوانتومی به‌وجود می‌آید. به‌عقیده‌ی ساسکایند، به‌همین‌دلیل رسیدن به نظریهی گرانش کوانتومی کار دشواری است. او می‌گوید:
معتقدم دلیل نتیجه‌بخش‌نبودن این نظریه آن است که با تصویری از دو چیز متفاوت یعنی نسبیت عام و مکانیک کوانتوم آغاز می‌شود و سپس، این دو ترکیب می‌شوند. فکر می‌کنم این دو نزدیک‌تر از آن هستند که ازهم جدا شوند و سپس به یکدیگر بازگردند. گرانش بدون مکانیک کوانتوم امکان‌پذیر نیست.
افزون‌براین، پی‌بردن به فضای برآمده یا معلول تنها نیمی از راه است. فضا و زمان در نسبیت رابطه‌ای صمیمانه دارند؛ درنتیجه، هر محاسبه‌ای درباره‌ی شکل‌گیری فضا باید زمان را هم توصیف کند. مارک وان‌رامسدونگ، فیزیک‌دان دانشگاه بریتیش کلمبیا و یکی از پیشتازان ارتباط بین درهم‌تنیدگی و فضازمان، دراینباره می‌گوید:
زمان هم به‌گونه‌ای به‌وجود آمده است؛ اما در حوزه‌ی پژوهش‌های فعال به این مسئله اشاره‌ای نشده است.
به‌گفته‌ی وان‌رامسدونگ، راه‌حل دیگر استفاده از مدل‌های فضازمان نوخاسته برای درک کرم‌چاله‌ها است. در گذشته، بسیاری از فیزیک‌دانان تصور می‌کردند ارسال اشیاء به داخل کرمچاله حتی در تئوری هم غیرممکن است؛ اما در چند سال گذشته فیزیکدانانی که روی تناظر AdS/CFT و مدل‌های مشابه کار می‌کنند، به روش‌های جدیدی برای ساخت کرم‌چاله‌ها رسیده‌اند. وان‌رامسدونگ می‌گوید:
نمی‌دانیم عبور از کرم‌چاله‌ها در جهان ما شدنی است یا خیر؛ اما آنچه می‌دانیم، این است که انواع مشخصی از کرم‌چاله‌های قابل‌پیمایش ازنظر تئوری امکان‌پذیر هستند.
دو مقاله در سال‌های ۲۰۱۶ و یک مقاله در سال ۲۰۱۸ به مجموعه‌ای از پژوهش‌ها در این زمینه منجر شدند؛ اما حتی در‌صورتی‌که بتوان کرم‌چاله‌های قابل‌پیمایش را ساخت، نمی‌توان از آن‌ها برای سفر فضایی استفاده کرد؛ زیرا نمی‌توان سریع‌تر از نور از کرمچاله عبور کرد.
فضایی برای اندیشیدن
اگر حق با نظریه‌پردازان ریسمان باشد، فضا و زمان هر دو از درهم‌تنیدگی کوانتومی ساخته شده‌اند؛ اما این عبارت دقیقاً به چه معنا است؟ چگونه ممکن است فضا حاصل درهم‌تنیدگی بین اشیاء باشد تا زمانی که آن اشیاء خود در جایی قرار نداشته باشند؟ چگونه این اشیاء می‌توانند درهم تنیده شوند تا وقتی که زمان و تغییر را تجربه نکنند؟ این اشیاء بدون قرارگرفتن در فضا و زمان واقعی چه ماهیتی دارند؟
این پرسش‌ها به حوزه‌ی فلسفه مربوط است؛ البته فیلسوفان فیزیک آن‌ها را جدی می‌گیرند. ایلینر ناکس، فیلسوف فیزیک در کالج کینگ لندن، بیان می‌کند:
چگونه فضازمان می‌تواند معلول باشد؟ این تعریف غیرممکن به‌نظر می‌رسد. شهود ما گاهی افتضاح عمل می‌کنند؛ زیرا در جایی با اشیای و جانداران بزرگ و بیولوژیکی به تکامل رسیده‌ایم و نمی‌توانیم دنیای مکانیک کوانتوم را درک کنیم. وقتی بحث گرانش کوانتومی مطرح می‌شود، این پرسش به‌وجود می‌آید که ماده کجاست؟ کجا قرار دارد؟ این‌ها پرسش‌های صحیحی نیستند.
اشیاء در زندگی روزمره در محیط‌هایی قرار دارند؛ اما همان‌طورکه ناکس و دیگران اشاره می‌کنند، این بدان‌معنی نیست که فضا و زمان هم لزوماً بنیادی هستند؛ بلکه از چیز بنیادی دیگری سرچشمه می‌گیرند. کریستین ووتریچ، فیلسوف فیزیک دانشگاه ژنو، اضافه می‌کند:
مایعی را در نظر بگیرید که درنهایت از ذرات بنیادی مثل الکترون و پروتون و نوترون یا ذرات بنیادی‌تری مثل کوارک و لپتون تشکیل شده است. آیا کوارک‌ها و لپتون‌ها ویژگی‌های مایع دارند؟ این ذرات هیچ ماهیتی ندارند، درست است؟ اما وقتی ذرات بنیادی به‌اندازه‌ی کافی کنارهم جمع شوند و رفتار مشخصی به نام رفتار جمعی را نشان دهند، مانند یک مایع رفتار می‌کنند.
به‌گفته‌ی ووتریچ، فضا و زمان در نظریهی ریسمان و دیگر نظریه‌های گرانش کوانتومی عملکرد مشابهی دارند و به‌ویژه فضازمان ممکن است از ماده و انرژی به‌وجود آمده باشد که در زندگی روزمره می‌بینیم. ووتریچ اضافه می‌کند:
بدین‌صورت نیست که در ابتدا فضا و زمان را داشته باشیم و سپس به آن ماده اضافه کنیم. ماده شرط لازم برای وجود فضازمان است. رابطه‌ی نزدیکی بین این دو وجود دارد؛ اما این رابطه ممکن است با آنچه تصور میکنیم، تفاوت داشته باشد.
نظریهی گرانش کوانتومی می‌تواند لحظه‌ی بیگ‌بنگ را توصیف کند
روش‌های دیگری برای تفسیر جدیدترین یافته‌ها وجود دارد. تناظر AdS/CFT اغلب به‌عنوان نمونه‌ی بارزی از برخاستن فضازمان از سیستم کوانتومی تعریف می‌شود؛ اما ممکن است آن‌طورکه نشان می‌دهد، نباشد. آلیسا نی، فیلسوف فیزیک دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید:
AdS/CFT دستورالعمل ترجمه بین حقایق فضازمان و حقایق نظریهی کوانتومی را ارائه می‌کند؛ درنتیجه فضازمان می‌تواند معلول باشد و نظریه‌های کوانتومی بنیادی برای آن وجود داشته باشند
به‌گفته‌ی نی، عکس این مسئله هم حقیقت دارد. تناظر می‌تواند بدین‌معنی باشد که نظریهی کوانتوم معلول و فضازمان بنیادی است یا هیچ‌کدام بنیادی نیستند و نظریهی بنیادی عمیق‌تری وجود دارد. معلول‌شدن ادعایی قوی است؛ اما تنها با نگاه‌کردن به AdS/CFT نمی‌توان تعریفی قطعی را برای این فرضیه ارائه داد. چالش به‌شدت بزرگ‌تر برای نظریهی ریسمان این است که تصویر فضازمان برآمده از دیدگاهی پنهان است. ساسکایند می‌گوید:
ما در دنیای آنتی‌دی‌سیتر زندگی نمی‌کنیم؛ بلکه در چیزی نزدیک‌تر به آن زندگی میکنیم. فضای دی‌سیتر جهان روبه‌انبساط و شتاب‌گیرنده‌ای مثل جهان ما را توصیف می‌کند؛ اما نمی‌دانیم هولوگرافی چگونه بر چنین جهانی اعمال می‌شود.
پی‌بردن به چگونگی این تناظر برای فضایی که به جهان واقعی شباهت داشته باشد، یکی از دشوارترین مسائل برای نظریه‌پردازان ریسمان است. درنهایت براساس جدیدترین شتاب‌دهنده‌های ذرات، هنوز شواهدی برای ذراتی پیدا نشده است که براثر ابرتقارن به وجود می‌آیند. نظریهی ریسمان براساس ابرتقارن بنا شده است. طبق این مفهوم، تمام ذرات شناخته‌شده «ابرجفت» خود را دارند و بدین‌ترتیب تعداد ذرات بنیادی دو برابر می‌شوند؛ اما شتاب‌دهنده‌ی بزرگ هاردون در ژنو که برای جست‌وجوی ابرجفت‌ها طراحی شده، هیچ نشانه‌ای از وجود آن‌ها پیدا نکرده است. ساسکایند اعلام می‌کند:
تمام نسخه‌های دقیق فضازمان معلول که داریم در نظریه‌های ابرتقارنی وجود دارند؛ اما وقتی ابرتقارن نداشته باشیم، قابلیت ردیابی ریاضی پرسش‌ها از بین خواهد رفت.
عبور از کرمچاله در عمل ممکن نیست؛ زیرا نمی‌توان سریع‌تر از نور حرکت کرد
اتم‌های فضازمان
نظریهی ریسمان تنها نظریه‌ای نیست که نشان می‌دهد فضازمان برآمده از چیز دیگری است. آبهای اشتکار، فیزیک‌دان دانشگاه ایالتی کالیفرنیا، درباره‌ی این موضوع می‌گوید:
نظریهی ریسمان در وعده‌ی خود در یافتن راهی برای یکپارچه‌سازی گرانش و مکانیک کوانتوم دچار مشکل می‌شود. قدرت نظریهی ریسمان به ارائه‌ی مجموعه ابزارهای غنی بازمی‌گردد که به‌صورت گسترده در طیف کاملی از فیزیک استفاده شده‌اند.
آشتکار یکی از پیشتازان اصلی محبوب‌ترین جایگزین نظریهی ریسمان به نام نظریهی گرانش کوانتومی حلقوی است. در گرانش کوانتومی حلقوی، فضا و زمان مانند نظریهی نسبیت عام مسطح و پیوسته نیستند؛ بلکه از مؤلفه‌های گسسته‌ای ساخته شده‌اند که آشتکار آن‌ها را توده‌ها یا اتم‌های فضازمانی می‌نامد.
این اتم‌های فضازمانی در شبکه‌ای با سطوح یک‌بعدی و دوبعدی به یکدیگر وصل شدند که متخصصان گرانش کوانتومی به آن‌ها کف چرخشی می‌گویند. با اینکه این کف به دو بعد محدود است، در دنیای چهاربعدی ما با سه بعد فضا و یک بعد زمان حضور پیدا کرده است. آشتکار این کف را به یک تکه لباس تشبیه می‌کند. او می‌گوید:
اگر به لباس خود نگاه کنید، مثل سطحی دوبعدی به‌نظر می‌رسد. اگر ذره‌بین بردارید، متوجه می‌شوید این سطح از نخ‌های یک‌بعدی تشکیل شده است. این نخ‌ها به‌شکلی متراکم برای اهداف کاربردی کنارهم قرار می‌گیرند؛ درنتیجه می‌توانید لباس را به‌شکل سطحی سه‌بعدی ببینید؛ بنابراین، به‌طور مشابه فضای اطراف ما نیز مانند پیوستاری سه‌بعدی است که درواقع از تار‌و‌پود اتم‌های فضازمانی تشکیل شده است.
گرچه نظریهی ریسمان و گرانش کوانتومی حلقوی هر دو نشان می‌دهند فضازمان معلول است، نوع این معلولیت در دو نظریه متفاوت است. براساس نظریهی ریسمان، فضازمان یا حداقل فضا برخاسته از رفتار سیستمی به‌ظاهر غیرمرتبط به‌شکل درهم‌تنیدگی است. برای مثال، ترافیک ناشی از تصمیم جمعی رانندگان را در نظر بگیرید. خودروها از ترافیک ساخته نشده‌اند؛ بلکه خودروها ترافیک را می‌سازند.
در گرانش کوانتومی حلقوی، برخاستن فضازمان بیشتر مانند تپه‌ی ماسه‌ای شیب‌داری است که از حرکت جمعی دانه‌های ماسه در باد به‌وجود آمده است. فضازمان آشنای مسطح هم ناشی از رفتار جمعی ذرات کوچک فضازمان است. این دانه‌ها مانند ماسه‌ها شن‌های ثابتی هستند؛ گرچه هرکدام از دانه‌های کریستالی مانند خود تپه‌ی ماسه روان نیستند.
با وجود این تفاوت‌ها، هر دو نظریهی ریسمان و گرانش کوانتوم حلقوی نشان می‌دهند که فضازمان از یک واقعیت بنیادی‌تر سرچشمه می‌گیرد. تنها نظریه‌های گرانش کوانتومی نیستند که به این رویکرد اشاره می‌کنند. نظریهی مجموعه‌ی سببی، رقیب دیگر نظریهی گرانش کوانتومی است که فرض می‌کند فضا و زمان از مؤلفه‌های بنیادی ساخته شده‌اند. ناکس می‌افزاید:
پیام اغلب نظریه‌های گرانش کوانتومی این است که فضازمان نسبیت عامی در سطح بنیادی وجود ندارد. افراد وقتی می‌شنوند نظریه‌های مختلف گرانش کوانتومی حداقل در یک چیز توافق دارند، بسیار هیجان‌زده می‌شوند.
آینده‌ی فضا در لبه‌ی زمان
فیزیک مدرن قربانی موفقیت خود است؛ زیرا فیزیک کوانتوم و نسبیت عام هر دو دقیق هستند؛ درنتیجه گرانش کوانتومی، تنها به توصیف شرایط کرانی نیاز دارد که در آن توده‌های کلان‌جرم در فضاهایی بسیار کوچک قرار می‌گیرند. در طبیعت، این شرایط را ممکن است در جاهای اندکی مثل مرکز سیاه‌چاله‌ها پیدا کرد. همچنین، نمی‌توان آن را حتی در بزرگ‌ترین و قدرتمند‌ترین آزمایشگاه‌های فیزیکی شبیه‌سازی کرد.
برای شبیه‌سازی این شرایط به شتاب‌دهنده‌ی ذراتی هم‌اندازه با یک کهکشان نیاز است که رفتار طبیعت در حضور گرانش کوانتومی را شبیه‌سازی کند. نبود داده‌های تجربی باعث می‌شود جست‌وجوی دانشمندان برای نظریهی گرانش کوانتومی بی‌نتیجه بماند.
اغلب فیزیک‌دانان به‌دلیل نبود شواهد تنها چشم به آسمان دوخته‌اند. در اولین لحظات بیگ‌بنگ، کل جهان بسیار کوچک و متراکم بود؛ به‌طوری‌که تنها گرانش کوانتومی می‌تواند این موقعیت را توصیف کند. افزون‌براین، ممکن است انعکاس‌های آن دوره در آسمان امروزی باقی مانده باشند. مالداسنا می‌گوید:
معتقدم بهترین شرط برای آزمایش گرانش کوانتومی، کیهان‌شناسی است. شاید چیزی در کیهان وجود دارد که پیش‌بینی‌شدنی نباشد. شاید بتوان آن را پس از درک نظریهی کامل پیش‌بینی کرد یا شاید به‌طورکلی چیز جدیدی باشد که حتی فکرش را هم نمی‌کردیم.
آزمایش‌ها می‌توانند حداقل برای نظریهی ریسمان نتایج خوبی را به‌دنبال داشته باشند. دانشمندان امیدوار‌‌‌ند بتوانند تناظر AdS/CFT را نه‌تنها با بررسی مستقیم فضازمان، بلکه ازطریق سیستم‌های به‌شدت درهم‌تنیده‌ی اتم‌ها مطالعه و تشابه آن با فضازمان و گرانش را بررسی کنند. مالداسنا اعلام می‌کند:
چنین آزمایش‌هایی ممکن است برخی ویژگی‌های گرانش را داشته باشند، نه تمام آن‌ها. همچنین، بستگی دارد دقیقاً چه چیزی را گرانش بدانیم.
آیا تابه‌حال به ماهیت واقعی فضا و زمان پی برده‌ایم؟ داده‌های عینی آسمان شاید خیلی زود ثمر ندهند؛ اما آزمایش‌ها می‌توانند نتایج خوبی را داشته باشند. طبق گفته‌ی فیلسوفان، پرسش درباره‌ی ماهیت واقعی فضا و زمان پرسشی دیرینه است. پارمنیدس، فیلسوف ۲۵۰۰ سال پیش می‌گوید: «همه‌چیز به‌صورت یک کل پیوسته است.»
پارمنیدس معتقد بود زمان و تغییر توهم هستند و همه‌چیز یک چیز است. شاگرد او، زنو، پارادوکس‌های مشهوری برای اثبات حرف معلمش ایجاد کرد و نشان داد حرکت روی هر فاصله‌ای غیرممکن است. آثار فیلسوفان پرسش‌هایی درباره‌ی این موضوع به وجود آوردند که زمان و فضا توهمی هستند؛ چشم‌اندازی بی‌سابقه که فلسفه‌ی غرب بیش از دوهزار سال به‌دنبال آن است. ووتریچ درنهایت اظهار می‌کند:
این حقیقت که یونان باستان پرسش‌هایی مثل فضا چیست، زمان چیست، تغییر چیست را مطرح کرد همراه با پرسش‌های کنونی نشان می‌دهند هنوزهم مطرح‌کردن این پرسش‌ها کار درستی است. با فکر‌کردن به چنین پرسش‌هایی می‌توانیم چیزهای زیادی درباره‌ی فیزیک یاد بگیریم.
نظرات