آیا در جهانی هولوگرافیک زندگی می‌کنیم؟

بی‌شک در اولین نگاه جهان را با سه بعد می‌بینیم اما یکی از بحث برانگیزترین نظریه‌های علمی دو دهه‌ی اخیر در به چالش کشیدن این فرض مطرح شده است. از لحاظ ریاضی جهان برای توصیف شدن به یک بعد کمتر از آنچه می‌بینیم نیاز دارد، در اینجا اصل هولوگرافیک وارد شده و ادعا می‌کند درک ما از بعد سوم واقعی نبوده و بلکه تصویری از جهان دو بعدی در افق بیکران کیهان است.

فضا-زمان مسطح در برابر فضا زمانی با خمش منفی و مثبت

تاکنون این اصل فقط در حد تئوری و برای فضای هندسی عجیب و غریبی با خمش منفی مورد بحث قرار گرفته بود، فضایی به نام پاد دو سیتر، اما این فضا با جهان مسطح ما کاملاً متفاوت است. پاد دوسیتر به جهانی گفته می‌شود که بافت فضا-زمان در آن خمش منفی داشته و به زین اسب شباهت دارد، در این فضا اگر جسمی را در امتداد خط مستقیم پرتاب کنید از پشت سر به شما برخورد می‌کند، اما در طرف مقابل جهان ما مسطح است و در آن فواصل کیهانی وجود دارد، یعنی اگر جسمی را پرتاب کنیم در امتداد افق پرتاب تا بی‌نهایت جلو میرد و از مبدأ دور می‌شود مگر آنکه جسمی جلویش را بگیرد.

همه‌ی ما هولوگرام‌ها را از کارت‌های اعتباری و یا برچسب‌های ضمانت می‌شناسیم، قطعاتی دو بعدی که تصویر روی آن‌ها سه بعدی به نظر می‌رسند، اما آیا جهان ما نیز مانند هوگرام عمل می‌کند؟ نتایج به دست آمده‌ی جدید نشان می‌دهند ممکن است اصل هولوگرافیک در فضا-زمان واقعی نیز وجود داشته باشد. در سال ۱۹۹۷ فیزیکدانی به نام خوان مالداچنا ایده‌ای را مطرح کرد که بین نظریه‌ی گرانشی در فضای پاد دوسیتر خمیده و نظریه‌ی میدان‌های کوانتومی در فضایی با ابعادی کمتر از واقعیت هم‌خوانی وجود دارد. فیزیکدانان پدیده‌ی گرانش را در فضایی سه بعدی توصیف می‌کنند ولی رفتار ذرات کوانتومی در نظریه‌ای مبتنی بر فضایی فقط با دو بعد قابل محاسبه است؛ جالب این که نتایج هر دو محاسبه بر هم منطبق هستند. این نتیجه کاملاً متعجب کننده است و مانند آن می‌ماند که از دست نوشته‌های یک ستاره شناس برای تعمیر CD Player استریوی خانگی‌تان استفاده کنید و موفق هم بشوید.

اگرچه این نتایج برای فیزیک نظری بسیار جالب هستند اما نمی‌توانیم آن‌ها را به دنیای واقعی گسترش دهیم، ظاهراً ما در چنین فضای پاد دوسیتری عجیب و غریبی زندگی نمی‌کنیم. برای مدت‌ها دانشمندان در پی یافتن جواب این سؤال بودند که آیا ایده‌ی هم‌خوانی در جهان واقعی نیز نتایج درستی را به همراه خواهد داشت یا خیر. برای یافتن جواب باید بررسی‌هایی در مورد تئوری گرانشی انجام شوند که خوشبختانه این تئوری نیازی به فضای پاد دوسیتری ندارد و در جهان عادی قابل انجام است. اکنون پس از سه سال بررسی توسط دانشگاه‌های بزرگی مانند هاروارد، ویِن، MIT و کیوتو و دانشمندانی از ژاپن و هندوستان و دیگر نقاط جهان که نتایج آن در مجله‌ی Physical Review Letters چاپ شده است، وجود اصل همخوانی در جهان مسطح تأیید می‌شود.

آیا فقط تصوری از بعد سوم را تجربه کرده‌ایم

اگر در فضای مسطح گرانش کوانتومی بتواند توصیفی برای نظریه‌ی هولوگرافیک، توسط تئوری کوانتوم ارائه کند پس باید شواهدی فیزیکی نیز برای آن وجود داشته باشد و این شواهد در هر دو نظریه قابل محاسبه بوده و نتایج آن بر هم منطبق شوند. یکی از ویژگی‌های کلیدی مکانیک کوانتوم در هم تنیدگی کوانتومی است که در نظریه‌ی گرانش ظاهر می‌شود، هنگامیکه ذرات کوانتومی در یکدیگر تنیده می‌شوند نمی‌توان رفتار آن‌ها را به صورت جداگانه‌ای شرح داد و باید آن‌ها را به صورت جسمی واحد در نظر گرفت حتی اگر از یکدیگر فاصله داشته باشند. اندازه‌گیری مقدار این تنیدگی در سیستم‌های کوانتومی آنتروپی تنیدگی نامیده می‌شود. گروهی از دانشمندان موفق به اندازه گیری این آنتروپی تنیدگی در گرانش کوانتومی فضای مسطح و همچنین در نظریه‌ی میدان‌های کوانتومی کم بعد شده‌اند، و نتایج نشان می‌دهند که هر دوی آن‌ها بر یکدیگر منطبق هستند. این نتایج وجود اصل هولوگرافیک در فضاهایی مسطح را تأیید می‌کند، همچنین شواهدی مبنی بر وجود همخوانی در جهان واقعی را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد. این واقعیت که امروزه می‌توانیم در مورد اطلاعات کوانتومی صحبت کنیم و نتایج حیرت آور آنتروپی تنیدگی در تئوری گرانشی را بررسی کنیم تنها تا چند سال پیش غیر قابل تصور بود، همچنین می‌توانیم از این اطلاعات به عنوان ابزاری جهت بررسی وجود اصل هولوگرافیک استفاده کنیم. به هر صورت نتایج به دست آمده اثبات کننده‌ی هولوگرافیک بودن جهان ما نیست اما به نظر می‌رسد شواهد به دست آمده از ارتباط جهان ما با جهان‌هایی متفاوت در حال افزایش است.