روش تهیه ی یک جهان:حرارت دهید و به هم بزنید!

منبع:http://phys.org/news/2013-12-universe-emerge-remarkably-simple-scientists.html#jCp

دانشمندان می گویند جهان در حال گسترش می تواند به روشی بسیار ساده پدیدار شده باشد.
هنگامی که سوپی حرارت داده می شود شروع به جوشیدن می کند. هنگامی که زمان و فضا حرارت داده شود، یک جهان در حال گسترش پدیدار می شود، بدون آنکه نیاز به چیزی نظیر مهبانگ باشد. یک گروه از پژوهشگران در دانشگاه صنعتی وین همراه با همکاران خود در دانشگاه هاروارد، ام آی تی و ادین برو،این تغییر حالت از یک فضای خالی کسل کننده به یک جهان در حال گسترش حاوی جرم را از نظر ریاضی توصیف نموده اند. ایده ی پشتوانه ی این نتیجه، ارتباط قابل ملاحظه ی بین نظریه میدان کوانتومی و نظریه ی نسبیت انیشتین است.
یک کتاب آشپزی برای فضازمان
همگان درباره ی تغییر حالت های گاز، مایع و جامد می دانند. اما زمان و فضا نیز می توانند دستخوش تغییر حالت شوند، همان گونه که فیزیکدانانی نظیر استیون هاوکینگ (Steven Hawking) و دون پیج (Don Page) در 1983 مطرح کردند. آنها محاسبه کردند که فضای خالی می تواند در دمای معینی به سیاهچاله تبدیل شود.
آیا یک فرایند مشابه می تواند جهانی روبه گسترش نظیر جهان ما را به وجود بیاورد؟ دانیل گرومیلر(Daniel Grumiller)از دانشگاه صنعتی وین همراه با اساتیدی از ایالات متحده و بریتانیا در این باره بررسی کرده است. محاسبات آنها نشان می دهد که واقعا» یک دمای بحرانی هست که در آن یک فضا-زمان خالی و تخت به جهانی با جرم و رو به گسترش تبدیل شود. گرومیلر می گوید:» فضا-زمان خالی شروع به جوشیدن می کند، حباب های کوچکی شکل می گیرند، یکی از آنها گسترش یافته و سرانجام کل این فضا-زمان را اشغال می کند.»
برای اینکه این امر شدنی باشد، جهان باید بگردد -بنابراین دستور تهیه ی جهان این است «حرارت دهید و به هم بزنید.» با این همه، چرخش مورد نیاز می تواند تا حد دلخواه کم باشد. در نخستین گام، یک فضا-زمان با تنها دو بعد فضایی در نظر گرفته شد. گرومیلر می گوید:» اما هیچ دلیلی وجود ندارد که همین مساله برای جهانی با سه بعد فضایی نیز درست نباشد.
در جستجوی ساختار جهان
البته بنظر نمی رسد که جهان خود ما به همین روش بوجود آمده باشد. هدف از مدل تغییر حالت، جایگزین ساختن آن بجای مهبانگ نیست. گرومیلر می گوید» امروزه، کیهانشناسان ما اطلاعات زیادی درباره ی جهان اولیه دارند- ما یافته های آنها را به چالش نمی کشیم. فقط به این پرسش علاقمندیم که کدام تغییر حالت ها برای زمان و فضا امکان پذیر هستند و اینکه چگونه می توان ساختار ریاضی فضا-زمان را توصیف نمود.»
نظریه ی جدیدی که رد 1997 مطرح شده ارتباط عجیبی را بین نظریه های گرانش و میدان کوانتومی را تشریح می کند-دو حوزه ای که در نظر اول هیچ وجه مشترکی ندارند، تقریبا» تا این حد که افتادن سنگی به زمین با محاسبه ی دمای یک گاز داغ توجیه شود. ارتباط دادن دو حوزه ی کاملا» متفاوت-اما این امر عملی است.
نظریه ی میدان کوانتومی همیشه در یک بعد کمتر از نظریه ی گرانشی تشریح می شود. این امر، اصل هولوگرافیک نامیده می شود. مشابه با هولوگرام دو بعدی که می تواند یک شیئی سه بعدی را به تصویر کشد؛ یک میدان کوانتومی با دو بعد فضایی می تواند یک وضعیت فیزیکی با سه بعد فضایی را تشریح نماید.
اصل همخوانی برای فضا-زمان تخت
برای انجام آن، محاسبات گرانشی معمولا» در یک نوع هندسه ی نامتعارف انجام می شود که کاملا» متفاوت از هندسه ی تخت است. مدتها بود که گمان می رفت که باید یک مدل مشابه «اصل هولوگرافیک» برای فضا-زمان تخت وجود داشته اشد اما هیچ مدلی برای نمایش آن نبود. پارسال، دانیل گرومیلر و همکارانش چنین مدلی را ساختند( برای سادگی کار در دو بعد) که به این پرسش منجر شد: تغییر حالت در نظریه ی میدان کوانتومی برای همگان معلوم است اما به دلیل تقارن، در نظریه های گرانشی نیز باید تغییر حالت ها دیده شود.
منبع برای مطالعه ی بیشتر:
«Cosmic evolution from phase transition of 3-dimensional flat space.» Arjun Bagchi, Stephane Detournay, Daniel Grumiller, Joan Simon. Phys. Rev. Lett. 111, 181301 (2013) arXiv:1305.2919. arxiv.org/abs/arXiv:1305.2919