آیا ما در جهان هولوگرافیک زندگی می‌کنیم؛ قسمت آخر+عکس

چطور می‌شود ثابت کرد جهان یک هولوگرام است
برای اثبات هولوگرافیک بودن جهان، نیاز است مقادیر فیزیکی با استفاده از نظریه‌ی میدان کوانتومی و نظریه‌ی گرانش در فضای «مسطح» محاسبه شوند و نتایج باید با نتایجی که از بررسی فضای پاددوسیتر بدست آمده است، یکسان باشد.

 

به‌عنوان مثال، نظریه‌ی انفجار بزرگ پیش‌بینی کرد که این احتمال وجود دارد تا بشر بتواند نوعی انرژی باقی‌مانده از انبساط شدید را که ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش باعث پیدایش کیهان شده بود، پیدا کند؛ و در دهه‌ی ۱۹۶۰، ستاره‌شناسان دقیقا این انرژی را به شکل تابش زمینه کیهانی یافتند. 
از زمانی‌که ایده‌ی هولوگرافیک بودن جهان مطرح شده است، محققان زیادی به ‌دنبال اثبات آن بوده‌اند. 
در سال ۲۰۱۵، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه تکنولوژی وین تصمیم گرفت با آزمایشی نشان دهد آیا درهم‌تنیدگی کوانتومی که یکی از ویژگی‌های اصلی مکانیک کوانتومی است، می‌تواند با نظریه‌ی گرانش بازسازی شود.
وقتی دو ذره‌ی کوانتومی در هم ‌تنیده می‌شوند، دیگر نمی‌توان آن‌ها را جدا از هم توصیف کرد؛ بلکه این دو یک «شیء» کوانتومی واحد را تشکیل می‌دهند، حتی اگر فاصله‌ی زیادی بین‌شان باشد. مقیاس اندازه‌گیری درهم‌تنیدگی یک سیستم کوانتومی را «آنتروپی درهم‌تنیدگی» می‌نامند. این تیم تحقیقاتی بعد از سال‌ها تلاش توانست نشان دهد این آنتروپی وقتی در نظریه‌ی گرانشی و نظریه‌ی میدان کوانتومی برای فضاهایی چون جهان ما محاسبه می‌شود، مقادیر یکسانی به خود می‌گیرد.
نکته‌ی حیرت‌انگیزی که درباره‌ی اصل درهم‌تندیگی وجود دارد این است که هر ذره همیشه از حال ذره‌ی دیگر باخبر است؛ حتی اگر ۱۰ میلیارد کیلومتر از آن فاصله داشته باشد. این نظریه در تناقض با اصل معروف انیشتین است که می‌گوید هیچ ارتباطی نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند. از آن‌جایی که شکستن سرعت نور برابر با شکستن مرز زمان است، فیزیکدان‌ها بر آن شدند تا به‌نوعی این یافته را بدون نقض اصل انیشتین توضیح دهند. یکی از این روش‌ها کمک گرفتن از اصل هولوگرافیک بود. 
به گفته‌ی یکی از اعضای تیم، «این محاسبه تصور ما را مبنی بر اینکه اصل هولوگرافیک می‌تواند در مورد فضاهای مسطح نیز صدق کند، تأیید می‌کند. این همان مدرکی است که اعتبار این تناظر در جهان واقعی را ثابت می‌کند.» 
در مقابل این دیدگاه بسیار خوشبینانه، دنیل گرومیلر، عضو دیگری از این تیم، گفت این محاسبات با استفاده از نظریه‌ی گرانشی سه‌بعدی و نظریه‌ی زمینه‌ی کوانتومی دوبعدی صورت گرفته است؛ درحالی‌که جهان واقعی شامل سه بعد فضایی به اضافه‌ی بعد زمان است. 
در قدم بعدی باید محاسبات یک بعد دیگر را نیز در نظر گرفته شود. در ضمن مقادیرِ بسیار دیگری وجود دارد که باید بین نظریه‌ی گرانشی و نظریه‌ی میدان‌های کوانتومی تناظر برقرار کند و بررسی همه‌ی این عوامل، یک پژوهش دنباله‌دار است.
تحقیقات محققان انگلیسی، ایتالیایی و کانادایی در سال ۲۰۱۷ تلاشی بود تا نشان دهد اصل هولوگرافیک می‌تواند در مورد جهان ما صدق کند.
در دهه‌های اخیر پیشرفت‌ تلسکوپ و تجهیزات سنجش، به دانشمندان این امکان را داده است تا حجم وسیعی از داده‌ی پنهان در نویز سفید یا ریزموج ها را که از زمان پیدایش جهان ایجاد شده‌اند، شناسایی کنند. این تیم با استفاده از این اطلاعات توانست مقایسه‌های پیچیده‌ای در رابطه با شبکه‌ای از ویژگی‌های این داده و نظریه‌‌ی میدان کوانتومی انجام دهد. آن‌ها متوجه شدند که برخی از ساده‌ترین نظریات میدان کوانتومی می‌تواند تقریبا تمام مشاهدات کیهان‌شناسی جهان اولیه را توضیح دهد.
پروفسور اسکندریس، یکی از محققان این تیم، می‌گوید:
هولوگرافی یک گام بزرگ به سمت جلو در طرز نگرش ما به ساختار و پیدایش جهان است. نظریه‌ی نسبیت عام انیشتین تقریبا هر چیزی را در  جهان در مقیاس بزرگ توضیح می‌دهد؛ اما وقتی می‌خواهد منشأ و مکانیزم جهان را در سطح کوانتومی بررسی کند، شروع به از هم پاشیدن می‌کند. دانشمندان ده‌ها سال است در تلاش‌اند نظریه‌ی گرانش را با نظریه‌ی کوانتومی پیوند بزنند. برخی معتقدند که اصل جهان هولوگرافیک این پتانسیل را دارد تا این دو نظریه را با هم آشتی دهد.
شاید پرسروصداترین تحقیق در این زمینه مربوط فرمیلب (Fermilab - آزمایشگاه فیزیک ذرات و شتاب‌دهنده‌ی آمریکایی) باشد که در سال ۲۰۱۵ تلاش کرد به وسیله‌ی ابزار هولومتر،که در واقع یک اشاره‌گر لیزری بسیار بزرگ و قدرتمند است، ثابت کند جهان همچون «نمایش ویدیویی چهاربعدی است که از بیت‌های پیکسلی اطلاعات زیراتمی (۱۰ تریلیون تریلیون بار کوچک‌تر از اتم) تشکیل شده.»

 

دستگاه هولومتر برای اثبات ماهیت «پیکسلی» جهان

 

به چشم ماکروسکوپی ما، همه چیز در اطراف‎مان سه‌بعدی به نظر می‌رسد. اما همان‌طور که با نزدیک کردن صورت به صفحه‌ی نمایش تلویزیون می‌توان پیکسل‌های تصویر را دید، این تیم تحقیقاتی سعی داشت نشان دهد با خیره شدن به ماده در مقیاس ریزاتمی، می‌توان بیت‌مَپ جهان هولوگرافیک را نمایان کرد. 
به‌گفته‌ی رابرت لانزا، یکی از محققان این تیم، این پروژه تلاشی بود در جهت تعیین اینکه آیا برای دقت اندازه‌گیری موقعیت نسبی اشیاء بزرگ محدودیتی وجود دارد یا خیر. اگر چنین حدی وجود داشته باشد، می‌توان گفت اطلاعاتی که جهان می‌تواند ذخیره کند، محدود است. این فرضیه در راستای اصل هولوگرافیک است که حد ذخیره‌ی اطلاعات در فضا-زمان را پیش‌بینی می‌کند و می‌گوید فضا-زمان به ظاهر سه‌بعدی ما توسط حجم محدودی از اطلاعات دوبعدی رمزگذاری شده است.
به ‌اعتقاد کریگ هوگان (مدیر مرکز فرمیلب)، واقعیت مقدار محدودی اطلاعات در خود گنجانده است و وقتی با دقت بسیار بالا روی اجزای سازنده‌ی آن متمرکز شویم، ممکن است متوجه شویم که تصاویر مانند تماشای آنلاین سریال وقتی که پهنای باند محدود می‌شود، کمی تار و لرزان است. 
هوگان و تیمش برای پیدا کردن چنین تصویر تاری از جهان، سعی کردند به کمک هولومتر ببینند در مقیاس فوق کوچک زیرمیکروسکوپی، آیا گنجایش اطلاعاتی که در فضا-زمان وجود دارد، محدود است یا خیر.  
دیدگاه استاندارد این است که تاروپود «واقعیت» به‌هم‌پیوسته است؛ اما تیم هوگان درصدد بود ثابت کند در مقیاس بی‌نهایت کوچک، واقعیت به‌صورت پیکسلی است و در واقع «وضوح» واقعیت، حد مشخصی دارد.
آزمایش‌های این تیم البته نتوانست چنین فرضیه‌ای را ثابت کند؛ ولی هوگان همچنان مصر است که نبود «لغزش» (jitter) کوانتومی در فضا، دلیلی بر رد اصل هولوگرافیک نیست. از نظر او، درست است که ثابت شد فضا دارای لغزش نیست و تصاویر آن حتی زیر دستگاه هولومتر، تار و پیکسلی نمی‌شود؛ اما اثبات «چرخش» (twist) کوانتومی می‌تواند گام بعدی برای بررسی اصل هولوگرافیک باشد.
او در مورد هولومتر گفت: «این یک تکنولوژی جدید است و اولین نمونه برای مطالعه‌ی همبستگی‌های عجیب. این تازه اولین نگاه درون یک میکروسکوپ تازه اختراع‌شده است.»
البته ساسکیند که به‌نوعی بنیانگذار اصل هولوگرافیک است، پیش‌فرض این آزمایش را رد کرده و معتقد بود این آزمایش نمی‌تواند مدرکی برای اصل هولوگرافیک ارائه دهد.
اما جدیدترین تلاش محققان برای اثبات اصل هولوگرافیک مربوط به مطالعه‌ی دانشگاه کالیفرنیا در سال ۲۰۱۹ است که در آن مدل هولوگرافیکی برای جهان دوسیتر با برش دو جهان پاددوسیتر و چسباندن مرزهای آن‌ها به یکدیگر طراحی شده است. 
مثل تناظر AdS/CFT، این مدل هم دست‌ساز و معادل دقیق جهان واقعی نیست؛ اما برخی از اصول ساخت آن می‌تواند به هولوگرام‌های واقعی‌تری از فضا-زمان بسط داده شود. به‌گفته‌ی سرپرست این تیم،‌ شی دانگ، این مدل جدید «چارچوب یکپارچه‌ای برای گرانش کوانتومی در فضای دوسیتر است.»
مشکل فضای پاددوسیتر این است که مرزهای آن بی‌نهایت از مرکزش دور است. برای حل مشکل بی‌نهایت، این تیم تحقیقاتی منطقه‌ی فضا-زمان را در شعاعی وسیع برش زد و با اضافه کردن مفاهیمی از نظریه‌ی ریسمان، به آن خمیدگی مثبت داد. طی این فرایند، فضای زین‌مانند پاددوسیتر شبیه فضای کاسه‌شکل دوسیتر شد. سپس فیزیکدان‌ها با چسباندن این دو «کاسه» به یکدیگر، توانستند یک سیستم کوانتومی یکتا تشکیل دهند که در مقایسه با فضای کروی دوسیتر، مانند هولوگرام تنها دو بعد دارد. 

 

به طول کلی باید گفت اتفاق خاصی در زندگی روزمره‌ی ما نخواهد افتاد. همان قوانین فیزیکی که در تمام عمر با آن‌ها زندگی کرده‌ایم، همچنان به همان صورت در کنارمان خواهند ماند. خانه، ماشین و تمام اجسامی که ظاهری سه‌بعدی دارند، همچنان سه‌بعدی به نظر خواهند رسید؛ حتی اگر بدانیم واقعیت چیز دیگری است.
اما اگر بخواهیم عمیق‌تر به قضیه نگاه کنیم، اثبات هولوگرافیک بودن جهان، انقلاب بزرگی در فهم و درک ما از هستی ایجاد خواهد کرد. 
درست همان‌طور که نظریه‌ی انفجار بزرگ یا نظریه‌ی درهم‌تنیدگی، تأثیر چندانی در زندگی روزمره‌ی ما ندارد، اثبات هولوگرافیک بودن جهان هم در روند عادی زندگی ما تأثیر چندانی نخواهد گذاشت؛ اما همان‌طور که کشف بیگ‌بنگ برای فهم ما از تاریخچه‌ی جهان و جای ما در کیهان حیاتی است، اثبات این اصل می‌تواند به همان اندازه مهم باشد و درباره‌ی ماهیت بنیادین جهان، حقایق کاملا غیر منتظره‌ای پیش روی بشر بگذارد.

 

با تمام این اوصاف، آیا ما در جهان هولوگرافیک زندگی می‌کنیم یا خیر؟ واقعیت این است که حتی اگر تناظر AdS/CFT برای حل مسئله‌ی گرانش کوانتومی مفید واقع شود، باز هم نمی‌شد گفت ما صددرصد در جهانی هولوگرافیک زندگی می‌کنیم. اینکه این تناظر راهی برای حل مسائل گرانشی پیدا می‌کند، به این معنی نیست که باید هرچه در مورد جهان سه‌بعدی می‌پنداشتیم دور بریزیم و با قاطعیت بگوییم ما در واقع در مرزی دو بعدی بدون گرانش زندگی می‌کنیم؛ و حتی اگر در یک هولوگرام زندگی می‌کردیم ، به هر حال نمی‌توانستیم تفاوت را تشخیص دهیم.
اما داشتن دید باز، پرسیدن سؤال‌های عجیب و تلاش برای محقق کردن ایده‌های به ظاهر غیر ممکن، بشر را به این نقطه از پیشرفت در تکنولوژی رسانده است و همین طرز فکر ما را به پیشرفت‌های بزرگ‌تر و اکتشافات شگفت‌انگیز‌تر در کیهان خواهد رساند.
زمانی نهایت درک ما از ذخیره‌ی اطلاعات، حجمی کمتر از دو مگابایت روی فلاپی دیسک بود. حالا تعداد مراکز داده در دنیا تا سال ۲۰۲۱ به ۷٫۲ میلیون خواهد رسید و گنجایش اطلاعات ذخیره‌شده در آن‌ها به ۱۳۲۷ اگزابایت (۱۳۲۷ میلیارد گیگابایت) می‌رسد. تصور کنید اگر کل داده‌ی موجود در دنیا قرار بود در کتاب ذخیره شود، می‌شد کل مساحت چین را با ۱۵ لایه کتاب پوشاند. این حجم داده مطمئنا تا صد سال دیگر چند صد برابر خواهد شد و شاید زمانی بشر به چنان حجمی از اطلاعات برسد که بتواند کل کیهان را با آن توصیف کند و شاید آن روز بتوان ثابت کرد جهان ما یک هولوگرام است. 

 

پایان