Space Einstein✨

‍ بخش ششم: گشودن در: برنشتاین تلاش کرد این ارتباط را به‌طور صریح نشان دهد.او می‌خواست نشان دهد که هر الگوریتم محلی کارآمد را می‌توان به روشی قابل اندازه‌گیری به سبک لوبگ برای رنگ‌آمیزی یک گراف بی‌نهایت(که برخی ویژگی‌های مهم اضافی را دارد)تبدیل کرد.یعنی یکی از مهم‌ترین شاخه‌های علوم کامپیوتر معادل یکی از مهم‌ترین شاخه‌های نظریه مجموعه‌ها(در سطوح بالای سلسله‌مراتب)است. او با کلاس مسائل شبکه‌ای از درس علوم کامپیوتر شروع کرد و بر قانون کلی آن‌ها تمرکز کرد؛اینکه الگوریتم هر گره فقط از اطلاعات مربوط به همسایگی محلی خودش استفاده می‌کند،چه گراف هزار گره داشته باشد و چه میلیاردها گره. برای اجرای درست،تنها کاری که الگوریتم باید انجام دهد این است که به هر گره در یک همسایگی مشخص یک شماره یکتا اختصاص دهد،تا بتواند اطلاعات مربوط به گره‌های نزدیک را ثبت کند و دستورالعمل‌هایی درباره آن‌ها بدهد. این کار در گراف‌های متناهی آسان است: فقط کافی است به هر گره شماره‌ای متفاوت بدهیم. اگر برنشتاین می‌توانست همان الگوریتم را روی یک گراف بی‌نهایت اجرا کند،یعنی می‌توانست گراف را به روشی قابل اندازه‌گیری رنگ‌آمیزی کند؛که این مسئله‌ای در نظریه مجموعه‌ها بود.اما یک مشکل وجود داشت: این گراف‌های بی‌نهایت غیرقابل شمارش هستند.هیچ راهی برای برچسب‌گذاری یکتای تمام گره‌های آن‌ها وجود ندارد.چالش برنشتاین این بود که راه هوشمندانه‌تری برای برچسب‌گذاری گراف‌ها پیدا کند. او می‌دانست که باید برچسب‌ها را دوباره استفاده کند.اما این مشکلی نداشت تا زمانی که گره‌های نزدیک برچسب‌های متفاوتی داشته باشند.آیا راهی وجود داشت که برچسب‌ها را بدون استفاده تصادفی دوباره در همان همسایگی اختصاص دهد؟ برنشتاین نشان داد که همیشه راهی وجود دارد؛بدون توجه به تعداد برچسب‌هایی که تصمیم به استفاده دارید و بدون توجه به تعداد گره‌های همسایگی محلی شما.این یعنی همیشه می‌توانید الگوریتم را از سمت علوم کامپیوتر به سمت نظریه مجموعه‌ها به‌طور ایمن گسترش دهید.روژون گفت: هر الگوریتم در ساختار ما معادل روشی برای رنگ‌آمیزی قابل اندازه‌گیری هر گراف در ساختار نظریه مجموعه‌های توصیفی است. این اثبات برای ریاضیدانان شگفت‌آور بود.این ارتباط عمیقی بین محاسبه و تعریف‌پذیری،و بین الگوریتم‌ها و مجموعه‌های قابل اندازه‌گیری نشان داد.ریاضیدانان اکنون در حال بررسی چگونگی بهره‌برداری از کشف برنشتاین هستند. برای مثال، در مقاله‌ای که امسال منتشر شد،روژون و همکارانش فهمیدند که می‌توان گراف‌های خاصی به نام درخت‌ها را با نگاه کردن به همان مسئله در زمینه علوم کامپیوتر رنگ‌آمیزی کرد.این نتیجه همچنین روشن کرد که ریاضیدانان ممکن است از چه ابزارهایی برای مطالعه سیستم‌های دینامیکی متناظر با درخت‌ها استفاده کنند.روژون گفت: این تجربه‌ای بسیار جالب است،تلاش برای اثبات نتایج در حوزه‌ای که حتی تعاریف پایه‌ای آن را نمی‌فهمم. ریاضیدانان همچنین در جهت معکوس تلاش کرده‌اند مسائل را ترجمه کنند.در یک مورد،آن‌ها از نظریه مجموعه‌ها برای اثبات برآورد جدیدی از سختی حل یک کلاس خاص از مسائل استفاده کردند. پل برنشتاین فقط درباره داشتن یک جعبه ابزار جدید برای حل مسائل فردی نیست.این پل همچنین به نظریه‌پردازان مجموعه‌ها دید واضح‌تری نسبت به حوزه خود داده است.مسائل زیادی وجود داشت که آن‌ها نمی‌دانستند چگونه طبقه‌بندی کنند.در بسیاری از موارد،این اکنون تغییر کرده است،زیرا نظریه‌پردازان مجموعه‌ها از قفسه‌های کتاب منظم‌تر دانشمندان کامپیوتر برای راهنمایی استفاده می‌کنند. برنشتاین امیدوار است این حوزه رو به رشد تحقیق،دید ریاضیدانان فعال را نسبت به کار نظریه‌پردازان مجموعه‌ها تغییر دهد؛به طوری که دیگر آن را دور و جدا از دنیای واقعی ریاضیات نبینند.او گفت: من تلاش می‌کنم این را تغییر دهم.می‌خواهم مردم به فکر کردن درباره بی‌نهایت عادت کنند. تشریح تصویر زیر: دانشمند رایانه وکلاب روژون از ارتباط تازه‌ای که بین نظریه مجموعه‌ها و علم شبکه‌ها یافته است،برای حل مسائلی که به آن‌ها علاقه‌مند است استفاده می‌کند. پایان منبع: https://www.quantamagazine.org/a-new-bridge-links-the-strange-math-of-infinity-to-computer-science-20251121/ #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ حالت‌های پایه کوانتومی: تکنیک رانش ضددیاباتیک مقیاس‌پذیر امکان آماده‌سازی قابل اعتماد و سریع را فراهم می‌کند: بخش اول: حالت‌های پایه کوانتومی،حالت‌هایی هستند که در آن‌ها سیستم‌های کوانتومی کمترین انرژی ممکن را دارند.کامپیوترهای کوانتومی به طور فزاینده‌ای برای تحلیل حالت‌های پایه سیستم‌های جالب استفاده می‌شوند که می‌تواند به نوبه خود در طراحی مواد جدید،ترکیبات شیمیایی،داروهای دارویی و سایر کالاهای ارزشمند مفید باشد. آماده‌سازی قابل اعتماد حالت‌های پایه کوانتومی هدفی دیرینه در جامعه تحقیقاتی فیزیک بوده است.یکی از روش‌های محاسبات کوانتومی برای آماده‌سازی حالت‌های پایه و سایر حالت‌های مورد نظر،آماده‌سازی حالت آدیاباتیک نامیده می‌شود. این فرایند از یک همیلتونی اولیه شروع می‌شود،که یک عملگر ریاضی است که انرژی کل سیستم را رمزگذاری می‌کند و حالت پایه آن شناخته شده است،و به تدریج به همیلتونی نهایی تغییر می‌یابد که حالت پایه نهایی را رمزگذاری می‌کند. برای تسریع آماده‌سازی حالت آدیاباتیک،فیزیکدانان می‌توانند از روشی به نام رانش ضددیاباتیک استفاده کنند.این تکنیک با افزودن یک جمله کمکی به همیلتونی کار می‌کند که از تحریکات ناخواسته سیستم به حالت‌های انرژی بالاتر جلوگیری می‌کند. محققانی از دانشگاه فنی مونیخ،دانشگاه هاروارد و مؤسسه فلت‌آیرون اخیراً روشی جدید رانش ضددیاباتیک معرفی کرده‌اند که می‌تواند برخی از محدودیت‌های تکنیک‌های قبلی را برطرف کند و تضمین‌های عملکردی دقیق ارائه دهد. روش پیشنهادی آن‌ها که در مقاله‌ای در Physical Review Letters منتشر شده است،می‌تواند برای آماده‌سازی قابل اعتماد و سریع حالت‌های پایه کوانتومی سیستم‌های کوانتومی با اندازه و پیچیدگی‌های مختلف استفاده شود. جرنج رودی فینزگار،نویسنده اول مقاله،به Phys.org گفت: آماده‌سازی حالت پایه یک وظیفه بنیادی با کاربردهایی در فیزیک چندذره‌ای کوانتومی،محاسبات کوانتومی و حتی حل مسائل بهینه‌سازی ترکیبی است. رانش ضددیاباتیک روشی است که به طور گسترده پذیرفته شده و وعده می‌دهد پروتکل‌های آماده‌سازی حالت آدیاباتیک معمولی را تسریع کند.در این مقاله ما تلاش کردیم بفهمیم اجرای چنین طرح‌هایی به چه میزان منابع نیاز دارد. تشریح تصویر زیر: مسئله یافتن رانش های ضددیاباتیک مؤثر برای آماده‌سازی حالت‌های پایه به یافتن تقریب‌های چندجمله‌ای خوب برای تابع معکوس مرتبط است. #مکانیک_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش پنجم: دور به دور: گاه‌به‌گاه،برنشتین از رفتن به سخنرانی‌های علوم کامپیوتر لذت می‌برد،جایی که گراف‌ها محدود هستند و شبکه‌های کامپیوتری را نشان می‌دهند.در سال ۲۰۱۹،یکی از آن سخنرانی‌ها مسیر حرفه‌ای او را تغییر داد.موضوع درباره الگوریتم‌های توزیع‌شده بود؛مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها که به طور همزمان روی چندین کامپیوتر در یک شبکه اجرا می‌شوند تا کاری را بدون هماهنگ‌کننده مرکزی انجام دهند. فرض کنید تعدادی روتر وای‌فای در یک ساختمان دارید.روترهای نزدیک به هم اگر از همان کانال فرکانس ارتباطی استفاده کنند،ممکن است تداخل ایجاد کنند.بنابراین هر روتر باید کانالی متفاوت از کانال‌های استفاده‌شده توسط همسایگان نزدیک خود انتخاب کند. دانشمندان کامپیوتر می‌توانند این مسئله را به عنوان یک مسئله رنگ‌آمیزی روی یک گراف بازتعریف کنند: هر روتر را به عنوان یک گره نمایش دهند و گره‌های نزدیک را با یال به هم وصل کنند.با استفاده از فقط دو رنگ(نمایانگر دو کانال فرکانسی متفاوت)،راهی پیدا کنید که هر گره را رنگ‌آمیزی کنید به طوری که هیچ دو گره متصل شده‌ای رنگ یکسان نداشته باشند.اما یک نکته وجود دارد: گره‌ها فقط می‌توانند با همسایگان نزدیک خود ارتباط برقرار کنند،با استفاده از الگوریتم‌های محلی.ابتدا هر گره همان الگوریتم را اجرا می‌کند و به خود یک رنگ اختصاص می‌دهد.سپس با همسایگانش ارتباط برقرار می‌کند تا بفهمد گره‌های دیگر در منطقه کوچکی اطرافش چگونه رنگ شده‌اند.سپس دوباره الگوریتم را اجرا می‌کند تا تصمیم بگیرد رنگ خود را نگه دارد یا تغییر دهد.این مرحله را تکرار می‌کند تا کل شبکه رنگ‌آمیزی مناسبی داشته باشد. دانشمندان کامپیوتر می‌خواهند بدانند یک الگوریتم خاص به چند مرحله نیاز دارد.برای مثال،هر الگوریتم محلی که بتواند مسئله روتر را فقط با دو رنگ حل کند باید بسیار ناکارآمد باشد،اما اگر اجازه داشته باشید از سه رنگ استفاده کنید،می‌توان الگوریتم محلی بسیار کارآمدی پیدا کرد. در سخنرانی که برنشتین شرکت کرده بود،سخنران درباره این آستانه‌ها برای انواع مختلف مسائل صحبت کرد.یکی از این آستانه‌ها،به نظر او،بسیار شبیه آستانه‌ای بود که در دنیای نظریه مجموعه‌های توصیفی وجود داشت؛درباره تعداد رنگ‌های لازم برای رنگ‌آمیزی برخی گراف‌های بی‌نهایت به صورت قابل اندازه‌گیری. برای برنشتین،این بیش از یک تصادف به نظر می‌رسید.فقط این نبود که دانشمندان کامپیوتر هم مثل کتابداران هستند که مسائل را بر اساس کارایی الگوریتم‌هایشان طبقه‌بندی می‌کنند.فقط این نبود که این مسائل را می‌توان به صورت گراف‌ها و رنگ‌آمیزی‌ها نوشت.شاید،او فکر کرد،این دو قفسه کتاب بیشتر از این‌ها مشترک دارند.شاید ارتباط بین این دو حوزه بسیار عمیق‌تر باشد.شاید همه کتاب‌ها و قفسه‌هایشان یکسان باشند،فقط به زبان‌های مختلف نوشته شده‌اند و نیاز به یک مترجم دارند. #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: مارکیویچ ادامه داد: عدم تمایز همچنین مفهوم درهم‌تنیدگی را مبهم می‌کند: در مورد ذرات یکسان،دیگر همان‌طور که ما عادت کرده‌ایم رفتار نمی‌کند و برخی از معانی عملی خود را از دست می‌دهد.اینجاست که چالش واقعی در پرداختن به مسئله غیرمحلی بودن ناشی از عدم تمایز بنیادی ذرات نهفته است. آزمایش‌های معاصر در مورد درهم‌تنیدگی معمولاً شامل ایجاد مصنوعی آن از طریق تعاملات بین ذرات در یک سیستم کوانتومی است.با این حال،مکانیک کوانتومی به مکانیزم دیگری،بنیادی‌تر نیز اشاره دارد: درهم‌تنیدگی -و شاید خود غیرمحلی بودن- ممکن است مستقیماً از طبیعت یکسان ذرات از یک نوع ناشی شود.از این منظر،غیرمحلی بودن حتی می‌تواند بین ذراتی که هرگز قبلاً با یکدیگر تعامل نداشته‌اند،ظاهر شود. این شکل اولیه از غیرمحلی بودن است که توجه فیزیکدانان IFJ PAN و IITiS PAN را جلب کرده است.آن‌ها قصد داشتند تعیین کنند آیا می‌توان آن را در آزمایش‌هایی که تنها از عناصر نوری خطی ساده و غیرفعال مانند آینه‌ها،تقسیم‌کننده‌های پرتو و آشکارسازهای ذرات تشکیل شده‌اند،نشان داد یا خیر. چنین سیستم‌هایی می‌توانند به گونه‌ای تنظیم شوند که ذرات در حال انتشار هرگز در هیچ نقطه‌ای با هم ملاقات نکنند.با این حال،اگر نابرابری‌های بل تحت این شرایط همچنان نقض شوند،این بدان معناست که غیرمحلی بودن مشاهده شده محصول جانبی تعاملات آزمایشی نیست،بلکه تجلی چیزی واقعاً بنیادی است. محققان پرسشی ساده اما بسیار کلی مطرح کردند: برای کدام حالت‌های کوانتومی ذرات یکسان می‌توان یک سیستم نوری کلاسیک یافت که در آن همبستگی‌های غیرمحلی آشکار شوند؟ چالش در این است که هم تعداد پیکربندی‌های نوری ممکن و هم تنوع حالت‌های ذرات یکسان تقریباً نامحدود به نظر می‌رسد. دانشمندان توانستند این پیچیدگی را با استفاده از مجموعه‌ای از ابزارهای پیشرفته مهار کنند: تداخل‌سنج یورکه-استولر، انتخاب پسین هوشمندانه،مفهوم پاک‌سازی کوانتومی،استقرا ریاضی و تجربه گسترده در ساخت مدل‌های متغیر پنهان. در مقاله خود،نظریه‌پردازان لهستانی معیاری ارائه دادند که امکان شناسایی واضح غیرمحلی بودن را برای هر حالتی که شامل تعداد ثابتی از ذرات یکسان است فراهم می‌کند.نتایج شگفت‌انگیز است: تمام حالت‌های فرمیونی و تقریباً تمام حالت‌های بوزونی به عنوان منابع غیرمحلی شناخته می‌شوند(در حالت اخیر،به جز یک کلاس باریک از حالت‌های به اصطلاح قابل کاهش به یک مد واحد).قابل توجه است که اثبات کاملاً سازنده است: به صورت گام به گام نشان می‌دهد چگونه آزمایش‌های نوری طراحی شود که غیرمحلی بودن حالت مورد بررسی را آشکار کند. دکتر بلاسیاک نتیجه‌گیری می‌کند: تحقیقات ما نشان می‌دهد که خود عدم تمایز ذرات منبعی از درهم‌تنیدگی را پنهان کرده است که می‌توانیم به آن دسترسی پیدا کنیم.آیا غیرمحلی بودن،پس،می‌تواند در تار و پود خود جهان تنیده شده باشد؟ همه چیز نشان می‌دهد که چنین است و منبع این ویژگی فوق‌العاده در فرض ساده و ظاهراً بدیهی طبیعت یکسان ذرات از یک نوع نهفته است. همان‌طور که همیشه،هنوز چیزهای زیادی برای فهمیدن باقی مانده است و پرسش‌هایی درباره ماهیت واقعیت و تفسیر مکانیک کوانتومی طنین جدیدی می‌یابند. فیزیکدانان چارلز دبلیو. میسنر،جان آ. ویلر و برنده آینده جایزه نوبل کیپ اس. تورن این بینش را به زیبایی در کتاب خود گرانش در سال ۱۹۷۳ بیان کردند: هیچ توضیح قابل قبولی برای هویت معجزه‌آسای ذرات از یک نوع تاکنون ارائه نشده است.آن هویت باید نه به عنوان یک امر پیش‌پاافتاده،بلکه به عنوان یک معمای مرکزی فیزیک در نظر گرفته شود. این معمای پایدار احتمالاً برای دهه‌های آینده الهام‌بخش پژوهشگران خواهد بود. پایان منبع: https://phys.org/news/2025-11-quantum-nonlocality-inherent-nature-identical.html?utm_source=flipboard&utm_content=topic/science #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش چهارم: اما برای انجام این رنگ‌آمیزی،باید به یک فرض پنهان متکی می‌شدید که نظریه‌پردازان مجموعه آن را اصل انتخاب می‌نامند.این یکی از نه بلوک بنیادی است که تمام گزاره‌های ریاضی از آن ساخته شده‌اند.بر اساس این اصل،اگر با مجموعه‌ای از مجموعه‌ها شروع کنید،می‌توانید از هر کدام یک عنصر انتخاب کنید تا یک مجموعه جدید بسازید؛حتی اگر تعداد مجموعه‌ها بی‌نهایت باشد.این اصل مفید است،زیرا به ریاضیدانان اجازه می‌دهد انواع مختلفی از گزاره‌های مورد علاقه را اثبات کنند.اما همچنین به پارادوکس‌های عجیبی منجر می‌شود.نظریه‌پردازان مجموعه توصیفی از آن اجتناب می‌کنند. گراف شما شامل تعداد بی‌نهایتی قطعه بود.این معادل داشتن تعداد بی‌نهایتی مجموعه است.شما از هر مجموعه یک عنصر انتخاب کردید؛اولین نقطه‌ای که تصمیم گرفتید در هر قطعه آبی رنگ کنید.همه آن نقاط آبی یک مجموعه جدید تشکیل دادند.شما از اصل انتخاب استفاده کردید.این منجر به مشکلی می‌شود وقتی که بقیه گره‌ها را به صورت الگوهای متناوب آبی و زرد رنگ می‌کنید.شما هر گره(که طول صفر دارد)را جداگانه رنگ کرده‌اید،بدون هیچ درکی از اینکه گره‌ها چگونه وقتی از قطعات مختلف گراف می‌آیند به هم مرتبط هستند.این بدان معناست که نمی‌توانید مجموعه تمام گره‌های آبی گراف یا مجموعه تمام گره‌های زرد را از نظر طول توصیف کنید.به عبارت دیگر،این مجموعه‌ها قابل اندازه‌گیری نیستند.ریاضیدانان نمی‌توانند چیز مفیدی درباره آن‌ها بگویند. برای نظریه‌پردازان مجموعه توصیفی،این رضایت‌بخش نیست.بنابراین آن‌ها می‌خواهند راهی پیدا کنند تا گراف را به صورت پیوسته رنگ‌آمیزی کنند؛روشی که از اصل انتخاب استفاده نکند و مجموعه‌های قابل اندازه‌گیری به آن‌ها بدهد.برای این کار،به یاد بیاورید چگونه اولین قطعه گراف خود را ساختید: یک گره روی دایره انتخاب کردید و آن را به گره دوم در فاصله‌ای متصل کردید.حالا گره اول را آبی،گره دوم را زرد و کل قوس بین آن‌ها را آبی رنگ کنید.به همین ترتیب،قوس بین گره دوم و سوم را زرد رنگ کنید.قوس سوم را آبی رنگ کنید و همینطور ادامه دهید. به زودی تقریباً تمام دایره را رنگ کرده‌اید؛یعنی به همه گره‌های گراف رنگ داده‌اید به جز آن‌هایی که در یک بخش کوچک باقی‌مانده قرار دارند.فرض کنید آخرین قوسی که رنگ کردید زرد بود.چگونه این بخش نهایی و کوچک‌تر را رنگ می‌کنید؟نمی‌توانید آبی استفاده کنید،چون این گره‌ها به گره‌هایی در قوس اصلی آبی متصل می‌شوند.اما نمی‌توانید زرد هم استفاده کنید،چون این گره‌ها به گره‌های زرد قوس قبلی متصل هستند.باید از رنگ سوم -مثلاً سبز- برای تکمیل رنگ‌آمیزی استفاده کنید. با این حال،مجموعه‌های گره‌های آبی،زرد و سبزی که در نهایت دارید،همه فقط قطعاتی از محیط دایره هستند،نه پراکندگی نقاطی که وقتی از اصل انتخاب استفاده کردید به دست آمدند.می‌توانید طول این مجموعه‌ها را محاسبه کنید.آن‌ها قابل اندازه‌گیری هستند. بنابراین نظریه‌پردازان مجموعه توصیفی نسخه دو رنگ مسئله را در پایین‌ترین سطح سلسله‌مراتب خود(برای مجموعه‌های غیرقابل اندازه‌گیری)قرار می‌دهند،در حالی که مسئله سه رنگ را در سطح بسیار بالاتری از مسائل قرار می‌دهند؛مسائلی که در آن‌ها می‌توان از مفاهیم مختلف اندازه‌گیری استفاده کرد. برنشتین سال‌های تحصیل در دوره تحصیلات تکمیلی خود را صرف مطالعه چنین مسائل رنگ‌آمیزی کرد و آن‌ها را یکی یکی دسته‌بندی کرد.سپس،کمی پس از اتمام مدرک خود،به روشی احتمالی برخورد که می‌توانست همه آن‌ها را یکجا دسته‌بندی کند و نشان دهد که این مسائل ساختاری بسیار عمیق‌تر و از نظر ریاضی مرتبط‌تر دارند تا آنچه کسی قبلاً تصور می‌کرد. #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ غیرمحلی بودن کوانتومی ممکن است ذاتاً در طبیعت ذرات یکسان وجود داشته باشد: بخش اول: در عمیق‌ترین پایه‌های فیزیکیجهان به نظر می‌رسد غیرمحلی باشد: ذراتی که در فضا از هم جدا شده‌اند،نه به عنوان سیستم‌های کوانتومی مستقل، بلکه به عنوان بخش‌هایی از یک سیستم واحد رفتار می‌کنند. فیزیکدانان لهستانی اکنون نشان داده‌اند که چنین غیرمحلی بودن -که ناشی از واقعیت ساده این است که همه ذرات از یک نوع قابل تمایز نیستند- می‌تواند به طور تجربی برای تقریباً همه حالات ذرات یکسان مشاهده شود.تمام ذرات از یک نوع -برای مثال،فوتون‌ها یا الکترون‌ها- با یکدیگر درهم‌تنیده هستند،از جمله آن‌هایی که روی زمین و آن‌هایی که در دورترین کهکشان‌ها قرار دارند.این بیان شگفت‌انگیز از یک اصل بنیادی مکانیک کوانتومی ناشی می‌شود: ذرات از یک نوع،ذاتاً یکسان هستند.آیا این بدان معناست که منبعی جهانی از درهم‌تنیدگی -که ویژگی‌های عجیب و غیرمحلی دنیای کوانتومی را پایه‌ریزی می‌کند- در دسترس ماست؟و آیا می‌توانیم به نوعی از نظریه کوانتومی که به دقت دسترسی به این منبع فوق‌العاده را محافظت می‌کند،پیشی بگیریم؟ پاسخ این سوالات توسط دو نظریه‌پرداز لهستانی از مؤسسه فیزیک هسته‌ای آکادمی علوم لهستان(IFJ PAN)در کراکوف و مؤسسه انفورماتیک نظری و کاربردی آکادمی علوم لهستان(IITiS PAN)در گلیویچه ارائه شده است.یافته‌های آن‌ها که در npj Quantum Information منتشر شده،نشان می‌دهد که چگونه هویت ذرات به خودی خود منجر به غیرمحلی بودن کوانتومی قابل مشاهده می‌شود. نظریه‌پردازان از IFJ PAN و IITiS PAN،درهم‌تنیدگی بنیادی ذرات یکسان را با استفاده مستقیم از مفهوم غیرمحلی بودن جان بل تحلیل کرده‌اند.در حالی که درهم‌تنیدگی مفهومی است که به طور محکم در چارچوب انتزاعی نظریه کوانتومی ریشه دارد،محلی بودن بسیار شهودی‌تر و جهانی‌تر است.این مفهوم بازتاب‌دهنده ایده عقل سلیم است که رویدادها از طریق زنجیره‌ای از علت‌ها و معلول‌ها که با سرعتی محدود -هرگز سریع‌تر از نور- در فضا منتشر می‌شوند،دنبال می‌شوند. وقتی چنین توضیحی وجود نداشته باشد،وارد قلمرو پدیده‌های غیرمحلی می‌شویم.این جوهره پیشرفت فیزیکدان ایرلندی شمالی جان استوارت بل بود که آزمایشی را نشان داد که نمی‌توان آن را در چارچوب محلی توضیح داد.عنصر کلیدی این آزمایش،درهم‌تنیدگی کوانتومی بین سیستم‌های جداگانه‌ای است که پژوهشگران -که به طور سنتی آلیس و باب نامیده می‌شوند- می‌توانند اندازه‌گیری‌های دلخواه و مستقلی روی آن‌ها انجام دهند. دکتر پاول بلاسیاک (IFJ PAN) می‌گوید: در نگاه اول،مسئله ساده به نظر می‌رسد: سیستم‌های درهم‌تنیده نابرابری‌های بل را نقض می‌کنند،پس تنها کاری که باید انجام دهید،اجرای یک آزمایش خوب طراحی شده است.در واقع،این فقط برای سیستم‌های قابل تمایز که می‌توان آن‌ها را برچسب‌گذاری کرد و به دو آزمایشگاه دور ارسال کرد،صدق می‌کند.با ذرات یکسان،این چارچوب از هم می‌پاشد. مکانیک کوانتومی واضح است:ذرات یکسان ذاتاً غیرقابل تمایز هستند.در عمل،ما این ذره خاص را اندازه‌گیری نمی‌کنیم،بلکه یک ذره در مکان مشخصی را اندازه‌گیری می‌کنیم.فیزیک کوانتومی به طور مداوم در برابر هر تلاشی برای اختصاص برچسب‌های فردی به آن‌ها مقاومت می‌کند و دقیقاً به همین دلیل است که سناریوی کلاسیک بل نمی‌تواند در اینجا اعمال شود. دکتر مارچین مارکیویچ (IITiS PAN)،هم‌نویسنده مقاله،توضیح می‌دهد: این تفاوت ظاهراً ظریف قوانین جدیدی برای توصیف جهان معرفی می‌کند: این نیازمند هم‌نمائی یا ضدهم‌نمائی تابع موج در سیستم‌های چندذره‌ای است.دقیقاً اصل هویت ذرات است که منجر به تقسیم به فرمیون‌ها و بوزون‌ها می‌شود؛دو دنیایی که ساختار اتم‌ها و هسته‌های آن‌ها را پایه‌ریزی می‌کنند و ماهیت تعاملات را تعیین می‌کنند. #مکانیک_کوانتومی #درهم_تنیدگی_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: انتخاب کردن: برنشتاین به گروهی از کتابداران تعلق دارد که مسائل مربوط به مجموعه‌های بی‌نهایت از گره‌ها که توسط یال‌ها به هم متصل شده‌اند،به نام گراف‌ها را مرتب می‌کنند.به طور خاص،او گراف‌هایی را مطالعه می‌کند که شامل تعداد بی‌نهایت قطعه جداگانه هستند که هر کدام شامل تعداد بی‌نهایت گره می‌باشند.بیشتر نظریه‌پردازان گراف این نوع گراف‌ها را مطالعه نمی‌کنند؛آن‌ها بیشتر روی گراف‌های متناهی تمرکز دارند.اما چنین گراف‌های بی‌نهایت می‌توانند سیستم‌های دینامیکی و انواع مهم دیگری از مجموعه‌ها را نمایش داده و اطلاعاتی درباره آن‌ها ارائه دهند،که این موضوع آن‌ها را به حوزه‌ای مهم برای نظریه‌پردازان مجموعه‌های توصیفی تبدیل می‌کند. در اینجا مثالی از نوع گراف بی‌نهایتی که برنشتاین و همکارانش ممکن است مطالعه کنند آورده شده است.با یک دایره شروع کنید که شامل تعداد بی‌نهایت نقطه است.یک نقطه انتخاب کنید: این اولین گره شما خواهد بود.سپس به اندازه‌ای ثابت در اطراف محیط دایره حرکت کنید.این به شما گره دوم را می‌دهد.برای مثال،ممکن است یک پنجم مسیر دایره را طی کنید.دو گره را با یک یال به هم وصل کنید.به همان اندازه به گره سوم حرکت کنید و آن را به گره قبلی وصل کنید و همینطور ادامه دهید. اگر هر بار یک پنجم مسیر دایره را طی کنید،پنج قدم طول می‌کشد تا به نقطه شروع بازگردید.به طور کلی،اگر فاصله‌ای که حرکت می‌کنید به صورت کسر نوشته شود،گره‌ها یک حلقه بسته تشکیل می‌دهند.اما اگر فاصله نتواند به صورت کسر نوشته شود،این فرآیند تا بی‌نهایت ادامه خواهد داشت.شما تعداد بی‌نهایتی گره متصل خواهید داشت. اما این همه ماجرا نیست: این دنباله بی‌نهایت طولانی تنها اولین قطعه گراف شما را تشکیل می‌دهد.اگرچه شامل تعداد بی‌نهایت گره است،اما همه نقاط روی دایره را شامل نمی‌شود.برای تولید قطعات دیگر گراف،از یکی از آن نقاط دیگر شروع کنید.حالا در هر مرحله همان فاصله‌ای را که در قطعه اول حرکت کردید، حرکت دهید.در نهایت یک دنباله بی‌نهایت دوم از گره‌های متصل خواهید ساخت که کاملاً از اولی جدا است.این کار را برای هر نقطه شروع جدید ممکن روی دایره انجام دهید.شما گرافی خواهید داشت که شامل تعداد بی‌نهایت قطعه جداگانه است،که هر قطعه از تعداد بی‌نهایت گره تشکیل شده است. ریاضی‌دانان سپس می‌توانند بپرسند آیا ممکن است گره‌های این گراف را طوری رنگ‌آمیزی کرد که قوانین خاصی را رعایت کنند.به عنوان مثال،با استفاده از فقط دو رنگ،آیا می‌توانید هر گره در گراف را طوری رنگ کنید که هیچ دو گره متصل رنگ یکسان نداشته باشند؟ حل این مسئله ممکن است ساده به نظر برسد.به اولین قطعه گراف خود نگاه کنید،یک گره انتخاب کنید و آن را آبی رنگ کنید.سپس بقیه گره‌های آن قطعه را به صورت الگوی متناوب رنگ‌آمیزی کنید؛زرد،آبی،زرد،آبی. همین کار را برای هر قطعه در گراف خود انجام دهید؛یک گره انتخاب کنید،آن را آبی رنگ کنید،سپس رنگ‌ها را به صورت متناوب تغییر دهید.در نهایت،شما فقط از دو رنگ برای انجام این کار استفاده خواهید کرد. #ریاضیات @Einstein_astronomy

بخش هفتم: گزینهٔ دیگر این است که گرانش درجه دوم،با وجود اینکه قابل بازنرمال‌سازی و آزاد در حد بی‌نهایت است،هنوز حساب کاملی از گرانش نیست. به یاد داشته باشید که بازنرمال‌سازی به منزلهٔ یک فیلتر بر جهان است که ریزترین موج‌های آن را تار می‌کند.نظریه‌های قابل بازنرمال‌سازی آن‌هایی هستند که در آن‌ها نادیده گرفتن این ویژگی‌ها تصویر کلی را چندان تغییر نمی‌دهد.تصویر تار به خوبی کار می‌کند.نظریه‌های غیرقابل بازنرمال‌سازی آن‌هایی هستند که تصویر تار بسیار متفاوت از تصویر واضح است.این نظریه‌ها به خوبی آنچه انتظار دارید کار نمی‌کنند چون هر جزئیات بسیار کوچک اهمیت دارد.بنابراین نظریه‌های غیرقابل بازنرمال‌سازی،مانند نسبیت عام کوانتیده شده،فیزیکدانان را به چالش می‌کشند تا همه لایه‌های واقعیت را همزمان درک کنند. موفقیت‌های شگفت‌انگیز گرانش درجه دوم نشان می‌دهد که ممکن است گرانش در نهایت تصویری تار داشته باشد که به اندازه کافی خوب کار می‌کند.در زیر یک مقیاس فضایی خاص،ممکن است هر جزئیات پیچیده -چه رشته‌ها، حلقه‌ها یا هیچ چیز- نادیده گرفته شود و شما هنوز نظریه‌ای کاملاً سازگار داشته باشید.اگر اینطور باشد،فیزیکدانان می‌توانند به دقت پیش‌بینی کنند که چگونه گراویتون‌ها برخورد می‌کنند و چگونه جهان منبسط شده است بدون اینکه نگران آنچه واقعاً در کوچک‌ترین مقیاس‌ها می‌گذرد باشند.دونوگی گفت: ممکن است این نظریه نهایی باشد یا نباشد.اما شاید این یک لایه بسته و خودسازگار از واقعیت شود. استل نیز این دیدگاه را به اشتراک گذاشت.او هرگز خودش به نظریه‌اش بازنگشت و از دور به احیای اخیر آن(که آن را مطلوب خواند)نظارت داشت.اما به این نتیجه رسید که این نظریه ارزشمند است.او گفت: واکنش خودم به آن در حال حاضر این است که،این یک پیوند ممکن است.نوعی رژیم میانی. پایان منبع: https://www.quantamagazine.org/old-ghost-theory-of-quantum-gravity-makes-a-comeback-20251117/ #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #گرانش #گرانش_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: مجموعه‌های شکسته: برنشتین زمانی که دانشجوی کارشناسی بود برای اولین بار نظریه مجموعه‌های توصیفی را شنید؛به عنوان مثالی از حوزه‌ای که زمانی اهمیت داشت و سپس به هیچ تبدیل شد.بیش از یک سال طول کشید تا بفهمد استاد اشتباه کرده است.در سال ۲۰۱۴،به عنوان دانشجوی سال اول کارشناسی ارشد در دانشگاه ایلینوی،برنشتین در دوره‌ای در منطق با آنوش تسروانیان شرکت کرد که بعدها یکی از مشاورانش شد.او این تصور غلط را اصلاح کرد.او گفت: تمام اعتبار اینکه من در این حوزه هستم باید به او داده شود.او واقعاً نشان داد که منطق و نظریه مجموعه‌ها چسبی است که تمام بخش‌های مختلف ریاضیات را به هم متصل می‌کند. نظریه مجموعه‌های توصیفی به جورج کانتور بازمی‌گردد که در سال ۱۸۷۴ ثابت کرد بی‌نهایت‌ها اندازه‌های مختلفی دارند.مجموعه اعداد صحیح (۰، ۱، ۲، ۳، …)،برای مثال،اندازه‌ای برابر با مجموعه تمام کسرها دارد،اما کوچکتر از مجموعه تمام اعداد حقیقی است.در آن زمان،ریاضیدانان از این تنوع بی‌نهایت‌ها بسیار ناراحت بودند.برنشتین، که اکنون در دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس است،گفت: درک آن سخت است. تا حدی در پاسخ به این ناراحتی،ریاضیدانان مفهوم متفاوتی از اندازه توسعه دادند؛مفهومی که مثلاً توصیف می‌کرد چقدر طول،مساحت یا حجم یک مجموعه ممکن است اشغال کند،نه تعداد عناصر آن.این مفهوم اندازه به عنوان اندازه‌گیری یک مجموعه شناخته می‌شود(برخلاف مفهوم اندازه کانتور که کاردینالیتی مجموعه است).یکی از ساده‌ترین انواع اندازه‌گیری -اندازه‌گیری لوبگ- طول یک مجموعه را کمّی می‌کند.در حالی که مجموعه اعداد حقیقی بین صفر و ۱ و مجموعه اعداد حقیقی بین صفر و ۱۰ هر دو بی‌نهایت و دارای کاردینالیتی یکسان هستند،اولی اندازه لوبگ برابر با ۱ و دومی اندازه لوبگ برابر با ۱۰ دارد. برای مطالعه مجموعه‌های پیچیده‌تر،ریاضیدانان از انواع دیگر اندازه‌گیری استفاده می‌کنند.هرچه یک مجموعه زشت‌تر باشد،راه‌های کمتری برای اندازه‌گیری آن وجود دارد.نظریه‌پردازان مجموعه‌های توصیفی سوالاتی درباره اینکه کدام مجموعه‌ها می‌توانند بر اساس تعاریف مختلف اندازه‌گیری شوند،مطرح می‌کنند.سپس آن‌ها را در یک سلسله‌مراتب بر اساس پاسخ به این سوالات مرتب می‌کنند.در بالای این سلسله‌مراتب مجموعه‌هایی قرار دارند که به راحتی ساخته می‌شوند و می‌توان آن‌ها را با هر مفهوم اندازه‌گیری که بخواهید مطالعه کرد.در پایین،مجموعه‌های غیرقابل اندازه‌گیری قرار دارند که آنقدر پیچیده‌اند که اصلاً نمی‌توان آن‌ها را اندازه‌گیری کرد.برنشتین گفت: کلمه‌ای که مردم اغلب استفاده می‌کنند پاتولوژیک است.مجموعه‌های غیرقابل اندازه‌گیری واقعاً بد هستند.آن‌ها ضد شهودی‌اند و رفتار خوبی ندارند. این سلسله‌مراتب نه تنها به نظریه‌پردازان مجموعه کمک می‌کند تا چشم‌انداز حوزه خود را ترسیم کنند؛بلکه به آن‌ها بینش‌هایی درباره ابزارهایی که می‌توانند برای حل مسائل معمولی‌تر در سایر زمینه‌های ریاضیات استفاده کنند،می‌دهد.ریاضیدانان در برخی زمینه‌ها،مانند سیستم‌های دینامیکی،نظریه گروه‌ها و نظریه احتمال،به اطلاعاتی درباره اندازه مجموعه‌هایی که استفاده می‌کنند نیاز دارند.موقعیت یک مجموعه در سلسله‌مراتب تعیین می‌کند که چه ابزارهایی می‌توانند برای حل مسئله خود استفاده کنند. نظریه‌پردازان مجموعه‌های توصیفی مانند کتابداران هستند که به قفسه بزرگی از انواع مختلف مجموعه‌های بی‌نهایت(و روش‌های مختلف اندازه‌گیری آن‌ها)رسیدگی می‌کنند.کار آن‌ها این است که یک مسئله را بگیرند،تعیین کنند که حل آن به چه اندازه پیچیده‌ای از مجموعه نیاز دارد و آن را در قفسه مناسب قرار دهند تا سایر ریاضیدانان بتوانند به آن توجه کنند. تشریح تصویر زیر: آنتون برنشتین در حال کشف و بررسی ارتباطات مهم بین نظریه مجموعه‌ها و زمینه‌های کاربردی‌تر مانند علوم کامپیوتر و سیستم‌های دینامیکی بوده است.(بالا) آنوش تسرویان نظریه مجموعه‌های توصیفی را به‌عنوان بافت پیونددهنده‌ای می‌بیند که بخش‌های مختلف ریاضیات را به هم متصل می‌کند.(پایین) گئورگ کانتور کشف کرد که بی‌نهایت ریاضی می‌تواند اشکال و اندازه‌های مختلفی داشته باشد.(راست) #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ بخش ششم: لایه‌های واقعیت: برای پژوهشگران گرانش درجه دوم،کار نامطمئن از بین بردن اشباح ارزشمند است.علاوه بر مزایای ریاضیاتی نظریه،اسکالر کوچک شیرین استل دقیقاً همان نوع ذره(و میدان کوانتومی مرتبط)است که می‌توانسته باعث انبساط انفجاری کیهان در طول مه‌بانگ شود،که بسیاری از کیهان‌شناسان معتقدند این انبساط،جهان امروزی را شکل داده است.در واقع،فیزیکدان شوروی،الکسی استاروبینسکی،از گرانش درجه دوم برای فرموله کردن اولین نظریه(در تب جدید باز می‌شود)از آن رشد اولیه،که به آن تورم کیهانی گفته می‌شود،در سال ۱۹۸۰ استفاده کرد. تورم کیهانی باید امواجی در فضا-زمان ایجاد می‌کرد که اثرات ظریفی بر آسمان باقی می‌گذاشتند.این امواج با وجود جستجوی شدید دیده نشده‌اند و چندین مدل تورم را رد کرده‌اند.با این حال،کارهای اخیر آنسلمی و دیگران نشان می‌دهد که جهانی با گرانش درجه دوم باید امواجی تولید کند که برای تلسکوپ‌های کنونی بسیار کوچک هستند تا قابل تشخیص باشند.رصدخانه‌های نسل بعد ممکن است بتوانند این امواج ضعیف را شناسایی کنند. دونوگی گفت: تورم استاروبینسکی تنها مدلی است که از دیدگاه نظریه میدان کوانتومی به نظر من منطقی می‌آید. از طریق ترکیبی از اشباح غیرمنتظره دوستانه،محبوبیت رو به رشد تورم استاروبینسکی و دیگر نظریه‌های گرانش کوانتومی که در رکود به سر می‌برند،گرانش درجه دوم محبوبیت یافته است.مقاله اصلی استل(در تب جدید باز می‌شود)اخیراً بیش از ۱۵۰ ارجاع در سال دریافت می‌کند.اگر اشباح به طور کامل از بین بروند و امواج فضا-زمان ناشی از تورم استاروبینسکی روزی شناسایی شوند،گرانش درجه دوم چه مفهومی درباره واقعیت خواهد داشت؟نظرات متفاوت است. سرنخ‌هایی از نظریه ریسمان،فیزیک سیاه‌چاله و دیگر حوزه‌ها منجر به باور گسترده‌ای شده است که فضا-زمان باید در مقیاس‌های زیرمیکروسکوپی به چیزهای عجیب‌تری تبدیل شود.اما اگر گرانش درجه دوم به عنوان نظریه نهایی گرانش اثبات شود،آن‌گاه بافت لرزان فضا-زمان می‌تواند بدون توجه به میزان بزرگ‌نمایی،باقی بماند.هولدام گفت: ما درباره توصیف پیوسته واقعی تا کوچک‌ترین مقیاس‌ها صحبت می‌کنیم.فضا-زمان برای همیشه. این احتمال اخیراً تقویت شده است.سال گذشته،دونوگی و همکارانش یک واقعیت ریاضی مهم درباره برخورد گراویتون‌ها در گرانش درجه دوم کشف کردند(در تب جدید باز می‌شود).با شدت گرفتن برخوردها،گرانش ضعیف‌تر می‌شود که محاسبات را آسان‌تر می‌کند؛پدیده‌ای که به آزادی نامتناهی معروف است.نتیجه آن‌ها نشان می‌دهد که گرانش درجه دوم هرگز فرو نمی‌پاشد و می‌تواند شما را تا عمیق‌ترین سطوح واقعیت ببرد.دونوگی گفت: این می‌تواند اجازه دهد که نظریه نهایی باشد.من قانع نشده‌ام که این نظریه نهایی است. تشریح تصویر زیر: در سال ۱۹۸۰،فیزیکدان روس الکسی استاروبینسکی یکی از اولین مدل‌های قابل قبول تورم کیهانی را پیشنهاد داد و نشان داد که یکی از ذرات در چارچوب گرانش درجه دوم می‌تواند باعث یک انبساط نمایی کوتاه در اوایل جهان شده باشد. #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #گرانش #گرانش_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ یک پل جدید ریاضیات عجیب بی‌نهایت را به علوم کامپیوتر پیوند می‌دهد: نظریه‌پردازان مجموعه‌های توصیفی به مطالعه ریاضیات خاص بی‌نهایت می‌پردازند.اکنون آن‌ها نشان داده‌اند که مسائلشان می‌تواند به زبان ملموس الگوریتم‌ها بازنویسی شود. بخش اول: تمام ریاضیات مدرن بر پایه نظریه مجموعه‌ها ساخته شده است،مطالعه‌ای درباره چگونگی سازماندهی مجموعه‌های انتزاعی اشیاء.اما به طور کلی،ریاضیدانان پژوهشی نیازی ندارند هنگام حل مسائلشان به آن فکر کنند.آن‌ها می‌توانند فرض کنند که مجموعه‌ها همان‌طور که انتظار دارند رفتار می‌کنند و به کار خود ادامه دهند. نظریه‌پردازان مجموعه‌های توصیفی استثنا هستند.این جامعه کوچک از ریاضیدانان هرگز مطالعه طبیعت بنیادی مجموعه‌ها را متوقف نکرده‌اند،به ویژه مجموعه‌های بی‌نهایت عجیب که دیگر ریاضیدانان نادیده می‌گیرند. حوزه آن‌ها اکنون بسیار کمتر تنها شده است.در سال ۲۰۲۳،ریاضیدانی به نام آنتون برنشتین (Anton Bernshteyn) ارتباطی عمیق و شگفت‌انگیز بین مرز دوردست ریاضی نظریه مجموعه‌های توصیفی و علوم کامپیوتر مدرن منتشر کرد.او نشان داد که تمام مسائل مربوط به انواع خاصی از مجموعه‌های بی‌نهایت می‌تواند به عنوان مسائلی درباره چگونگی ارتباط شبکه‌های کامپیوتری بازنویسی شود.پلی که این دو رشته را به هم متصل می‌کند،پژوهشگران هر دو طرف را شگفت‌زده کرد.نظریه‌پردازان مجموعه‌ها از زبان منطق استفاده می‌کنند،دانشمندان کامپیوتر زبان الگوریتم‌ها را.نظریه مجموعه‌ها با بی‌نهایت سروکار دارد،علوم کامپیوتر با محدودیت‌ها.دلیلی وجود ندارد که مسائل آن‌ها مرتبط یا حتی معادل باشند. واکلاو روزهون (Václav Rozhoň)،دانشمند کامپیوتر در دانشگاه چارلز پراگ گفت: این چیزی واقعاً عجیب است.مثل این است که نباید چنین چیزی وجود داشته باشد. از زمان نتیجه برنشتین،همتایان او در حال بررسی نحوه رفت و برگشت در این پل برای اثبات قضایای جدید در هر دو طرف و گسترش آن به کلاس‌های جدیدی از مسائل هستند.برخی نظریه‌پردازان مجموعه‌های توصیفی حتی شروع به استفاده از بینش‌های علوم کامپیوتر برای بازسازماندهی کل حوزه خود و بازاندیشی درکشان از بی‌نهایت کرده‌اند. کلینتون کانلی (Clinton Conley)،نظریه‌پرداز مجموعه‌های توصیفی در دانشگاه کارنگی ملون گفت: تمام این مدت ما روی مسائل بسیار مشابه کار می‌کردیم بدون اینکه مستقیماً با هم صحبت کنیم.این فقط درها را به روی تمام این همکاری‌های جدید باز می‌کند. #ریاضیات @Einstein_astronomy

‍ بخش پنجم: و دونوگی اشاره می‌کند که حتی اگر قوانین فاینمن را به روشی که آنسلمی پیشنهاد داده تغییر ندهید،ارواح به سختی وجود دارند.آن‌ها فقط به طور گذرا و در فواصل کوتاه ظاهر می‌شوند.در آن لحظات،بهای سنگینی باید پرداخت شود،اما این بهای سنگین،پایداری یا یگانگی نیست.بلکه،ترتیب معمول و سخت‌گیرانه علت و معلول است.آن علامت منفی اجازه می‌دهد ذرات ارواح به طور موقت به عقب در زمان بروند،جایی که می‌توانند بر ذراتی تأثیر بگذارند که در غیر این صورت نمی‌توانستند.در این تصویر،جریان ناگزیر زمان به جلو که ما تجربه می‌کنیم،به عنوان میانگینی ظریف بر روی لحظات ریز زمانی نرم و انعطاف‌پذیر ظاهر می‌شود. درک هر یک از نیروهای بنیادی دیگر نیازمند تسلط فیزیکدانان بر مفاهیم عجیب جدیدی مانند بازنرمال‌سازی بود. بنابراین،پژوهشگران استدلال می‌کنند که شاید ارواح(و قوانین تغییر یافته نظریه میدان کوانتومی که برای مقابله با آن‌ها لازم است)کلیدی باشند که گرانش را باز می‌کنند و حتی اگر گرانش به این شکل کار نکند،فیزیکدانان ارزش بررسی دقیق رفتار نظریه‌های میدان کوانتومی با علامت‌های منفی ارواح را می‌بینند.بنجامین کنور،پژوهشگری در دانشگاه رادبود که روی نظریه‌های دیگر گرانش کار می‌کند،گفت: چیزی برای فهمیدن وجود دارد.کار زیادی باقی مانده تا تعیین شود این گسترش‌های پیشنهادی نظریه میدان کوانتومی استاندارد چقدر با یکدیگر سازگارند و آیا در شرایط سخت‌تر شکست خواهند خورد یا نه.اما در بیشتر موارد،پژوهشگران گرانش درجه دوم دیگر از ارواح نمی‌ترسند. بونینفانته گفت: از نظر ریاضی،اکنون منطقی هستند. با این حال،نظریه‌پردازان دیگر هنوز نگرانی‌هایی دارند که آیا این اصلاحات واقعاً همه مشکلات احتمالی را برطرف می‌کنند یا خیر.نمی‌توان به سادگی با اصول حیاتی فیزیک مانند علیت و یگانگی دستکاری کرد.آلسیا پلاتانیا،پژوهشگر گرانش کوانتومی در دانشگاه کپنهاگ،گفت: آن‌ها سخت کار می‌کنند،اما من می‌گویم این هنوز یک سؤال باز است. تشریح تصویر زیر: گابریل منزس از دانشگاه سائو پائولو در برزیل که با جان دونوهیو همکاری می‌کند،نشان داده است که ذرات شبحی منجر به نقض‌های مورد انتظار یگانگی نمی‌شوند. #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #گرانش #گرانش_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش چهارم: بازگشت پیچیدگی: وضعیت یک پارادوکس را نشان می‌دهد: محاسبات به طور مداوم نشان می‌دهند که هر جهان بسته تنها یک حالت ممکن دارد.اما جهان ما،که ممکن است واقعاً بسته باشد،به نظر می‌رسد بی‌نهایت پیچیده‌تر است.پس چه اتفاقی در حال رخ دادن است؟ در مقاله‌ای در سال ۲۰۲۳،شاغولیان اشاره کرد که فیزیکدانان قبلاً این رفتار عجیب را در نظریه‌هایی به نام نظریه‌های میدان توپولوژیکی دیده‌اند.ریاضیدانان از این نظریه‌ها برای ترسیم شکل یا توپولوژی فضاهای هندسی استفاده می‌کنند.نظریه‌های میدان توپولوژیکی همچنین می‌توانند فضاهای هیلبرت یک‌بعدی داشته باشند.اما اگر فضای هندسی را به چندین ناحیه تقسیم کنید،می‌توانید فضا را به روش‌های مختلفی توصیف کنید.برای پیگیری تمام امکانات جدید،به فضای هیلبرت بزرگ‌تری نیاز دارید.شاغولیان گفت: قوانین بازی تغییر می‌کنند. شاغولیان پیشنهاد کرد که ممکن است راه مشابهی برای تقسیم یک جهان بسته وجود داشته باشد:وارد کردن یک ناظر. مکانیک کوانتومی نیازمند تمایز بین ناظر -مانند دانشمندی که آزمایشی انجام می‌دهد- و سیستمی است که او مشاهده می‌کند.سیستم معمولاً چیزی کوچک و کوانتومی است،مانند یک اتم.ناظر بزرگ و دور است و بنابراین به خوبی توسط فیزیک کلاسیک توصیف می‌شود. شاغولیان مشاهده کرد که این تقسیم‌بندی مشابه نوعی است که فضاهای هیلبرت نظریه‌های میدان توپولوژیکی را بزرگ‌تر می‌کند. شاید یک ناظر بتواند همین کار را برای این جهان‌های بسته و به ظاهر بسیار ساده انجام دهد؟ در سال ۲۰۲۴،ژائو به مؤسسه فناوری ماساچوست منتقل شد،جایی که شروع به کار روی مسئله چگونگی قرار دادن یک ناظر در یک جهان بسته کرد.او و دو همکارش -دنیل هارلو و میخایلو اوساتیوک- ناظر را به عنوان معرفی نوع جدیدی از مرز در نظر گرفتند: نه لبه جهان، بلکه مرز خود ناظر.وقتی یک ناظر کلاسیک را درون یک جهان بسته در نظر می‌گیرید،تمام پیچیدگی جهان بازمی‌گردد،ژائو و همکارانش نشان دادند. مقاله تیم MIT در اوایل سال ۲۰۲۵ منتشر شد،تقریباً همزمان با گروه دیگری که ایده مشابهی ارائه داد.دیگران نیز وارد بحث شدند تا ارتباطات با کارهای قبلی را نشان دهند. در این مرحله،همه افراد درگیر تأکید می‌کنند که راه‌حل کامل را نمی‌دانند.خود پارادوکس ممکن است سوءتفاهمی باشد که با استدلال جدیدی از بین می‌رود.اما تاکنون،افزودن یک ناظر به جهان بسته و تلاش برای حساب کردن حضور او ممکن است ایمن‌ترین مسیر باشد.ژائو گفت: آیا واقعاً مطمئنم که این درست است و مسئله را حل می‌کند؟نمی‌توانم این را بگویم.ما بهترین تلاش خود را می‌کنیم. اگر این ایده پابرجا بماند،استفاده از ماهیت ذهنی ناظر به عنوان راهی برای توضیح پیچیدگی جهان،نمایانگر یک تغییر پارادایم در فیزیک خواهد بود.فیزیکدانان معمولاً به دنبال دیدگاهی از هیچ‌جا هستند،توصیفی مستقل از طبیعت.آن‌ها می‌خواهند بدانند جهان چگونه کار می‌کند و چگونه ناظرانی مانند ما به عنوان بخشی از جهان پدید می‌آیند.اما همان‌طور که فیزیکدانان به درک جهان‌های بسته به صورت مرزهای خصوصی اطراف ناظرهای خصوصی می‌رسند،این دیدگاه از هیچ‌جا کمتر و کمتر قابل قبول به نظر می‌رسد.شاید دیدگاه‌هایی از جایی تنها چیزی باشد که ما همیشه می‌توانیم داشته باشیم. تشریح تصویر زیر: یینگ ژائو،فیزیک‌دان نظری در مؤسسه فناوری ماساچوست،بخشی از تیمی بود که راه‌حلی برای مسئله جهان تک‌حالت ارائه داد. پایان منبع: https://www.quantamagazine.org/cosmic-paradox-reveals-the-awful-consequence-of-an-observer-free-universe-20251119/ #سیاهچاله #گرانش_کوانتومی #کیهانشناسی @Einstein_astronomy

‍ بخش چهارم: احیای شبح‌وار: با این حال،این نظریه هرگز کاملاً از بین نرفت.نظریه‌پردازان گهگاه به آن بازگشتند.در دهه ۲۰۱۰ علاقه به آن افزایش یافت،زیرا نظریه ریسمان نتوانست پیشرفت‌های چشمگیری را که پیشگامان اولیه‌اش وعده داده بودند،ارائه دهد و هم‌ترازهای ابر نیز در آزمایش‌های برخورددهنده بزرگ هادرون ظاهر نشدند. در سال ۲۰۱۴،فیزیکدانان ایتالیایی آلبرتو سالویو و آلساندرو استرومیا پرسیدند که آیا گرانش درجه دوم می‌تواند معمایی را حل کند که بسیاری انتظار داشتند هم‌ترازهای ابر به آن پاسخ دهند.این معما که به مشکل سلسله‌مراتب معروف است،می‌پرسد چرا گرانش نسبت به سه نیروی بنیادی دیگر به طرز غیرممکنی ضعیف به نظر می‌رسد.چرا برای آن نیروها یک مقیاس وجود دارد و برای گرانش یک مقیاس خاص و به طور چشمگیری متفاوت؟ سالویو و استرومیا دریافتند که دو ذره اضافی از نظریه استل می‌توانند به جدا کردن این دو مقیاس کمک کنند.این باعث شد که آنها تعجب کنند آیا شبح واقعاً یک مانع جدی است یا خیر. چند سال بعد،دامیانو آنسلمی از دانشگاه پیزا دریافت که پژوهشگران می‌توانند از مشکلات نظریه‌هایی که شبح دارند با استفاده از نسخه‌های جایگزین قوانین فاینمن برای توصیف رویدادهای کوانتومی اجتناب کنند. او گفت: شما این تصور را دارید که آخرین کلمه گفته شده است.این کاملاً درست نبود. دونوگی که اخیراً جایزه معتبر جی.جی. ساکورای را برای مشارکت‌هایش در نظریه میدان کوانتومی دریافت کرده است،نیز شروع به مطالعه نظریه به ظاهر مشکل‌دار کرد.او همراه با گابریل منزس،اکنون از دانشگاه سائوپائولو در برزیل،دریافتند که در سناریوهای ساده،ذرات شبح در واقع آن خرابی‌هایی را که فیزیکدانان می‌ترسیدند ایجاد نمی‌کنند.آنها آنقدر ناپایدار هستند که معمولاً قبل از اینکه فرصت تحریک خلا یا بروز احتمالات منفی را داشته باشند،ناپدید می‌شوند.خلا آرام ماند و احتمالات همچنان به ۱۰۰٪ جمع می‌شدند؛ویژگی اساسی که به عنوان یکتایی شناخته می‌شود. دونوگی گفت: ما چند مثال داریم که باعث شد من به آن باور پیدا کنم.چیزهایی که همه دیگران می‌گفتند یکتایی را نقض می‌کنند،به نظر نمی‌رسد این کار را بکنند. پس چرا شبح به نظر می‌رسد که به طور خاموش کمین کرده است،به جای اینکه فعالانه نظریه استل را تسخیر کند؟ طرفداران گرانش درجه دوم به چند ایده همپوشان رسیده‌اند. سالویو و باب هولدام،فیزیکدان بازنشسته دانشگاه تورنتو،به طور مستقل متوجه شده‌اند که می‌توان مرحله نهایی(و نسبتاً مشکوک)در محاسبه احتمالات را به گونه‌ای تنظیم کرد که تضمین کند آنها همیشه مثبت باقی می‌مانند. تشریح تصویر زیر: جان دونوگی،کارشناس نظریه میدان کوانتومی در دانشگاه ماساچوست،امهرست،جاذبه درجه دوم را یک نامزد قابل قبول برای نظریه گرانش کوانتومی می‌داند،همان‌طور که در یکی از مقالات اخیر خود نوشته است. #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #گرانش #گرانش_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: تخته سفید: جهان‌های بسته‌ای که مالداچنا بررسی کرد،خالی از جرم یا انرژی نبودند.آن‌ها خالی از چیزی حتی مهم‌تر بودند:اطلاعات.وقتی فیزیکدانان نظریه‌های کوانتومی را مطالعه می‌کنند،باید هر حالت ممکن یک سیستم فیزیکی را دنبال کنند.برای این کار،از فضایی انتزاعی به نام فضای هیلبرت استفاده می‌کنند.فضاهای هیلبرت،که به نام ریاضیدان اوایل قرن بیستم،دیوید هیلبرت نامگذاری شده‌اند،حالات کوانتومی مختلف را با افزودن ابعاد ریاضی جدید در نظر می‌گیرند.هرچه ابعاد بیشتر باشد،این فضاهای هیلبرت می‌توانند اطلاعات بیشتری را رمزگذاری کنند. یک سیستم ساده،مانند یک بیت کامپیوتری که می‌تواند صفر یا یک باشد،ممکن است دو بعد داشته باشد.اکثر سیستم‌های کوانتومی بسیار پیچیده‌تر هستند.یک اتم هیدروژن را در نظر بگیرید.الکترون آن می‌تواند مدارهای بالاتر و بالاتری را با دریافت انرژی بیشتر اشغال کند.در این حالت،تعداد حالات ممکن نامحدود است و بنابراین فضای هیلبرت آن بی‌نهایت بعدی است.اکثر سیستم‌های کوانتومی واقعی این ویژگی را دارند. بنابراین فیزیکدانان انتظار دارند یک جهان کامل نیز تعداد نامحدودی حالت داشته باشد.اما وقتی مالداسنا فرمول جزیره را روی یک جهان بسته اعمال کرد،دریافت که فضای هیلبرت آن فقط یک بعد دارد.هیچ اطلاعاتی یافت نمی‌شد.کل جهان و هر آنچه در آن است فقط می‌توانست در یک حالت کوانتومی باشد.حتی پیچیدگی یک بیت ساده را هم نداشت. این نتیجه برای فیزیکدانان پارادوکس‌آمیز بود،با توجه به اینکه ما نیز می‌توانیم در یک جهان بسته زندگی کنیم و ما به وضوح بیش از یک حالت را در اطراف خود می‌بینیم. ادگار شاغولیان،فیزیکدانی از دانشگاه کالیفرنیا،سانتا کروز،گفت: روی میز من تعداد نامحدودی حالت وجود دارد. اما وقتی فیزیکدانان به مطالعه انواع مختلف جهان‌های بسته ادامه دادند،الگوی مشابهی را دیدند.در حالی که گروه IAS به سیاه‌چاله‌ها پرداخت،مکسفیلد و همکارش دونالد مارولف به حباب‌های کوانتومی فرضی فضا-زمان به نام جهان‌های نوزاد نگاه کردند.آن‌ها همان سادگی شدید را یافتند.به طور فزاینده‌ای به نظر می‌رسید که بی‌حاصلی جهان‌های بسته یک روند جهانی است.ژائو گفت: در نهایت ما به آن باور پیدا کردیم. تشریح تصویر زیر: حکاکی فلاماریون که برای اولین بار در سال ۱۸۸۸ منتشر شد،ناظری را نشان می‌دهد که از افق جایی که آسمان و زمین به هم می‌رسند عبور می‌کند،طبق توضیح اصلی.در آنجا، سازوکار جهان آشکار می‌شود.(راست) ادگار شاغولیان،فیزیکدانی از دانشگاه کالیفرنیا،سانتا کروز،ارتباطی بین رفتار عجیب و نظریه‌های میدان توپولوژیکی مشاهده کرد.(چپ) #سیاهچاله #گرانش_کوانتومی #کیهانشناسی @Einstein_astronomy

‍ بخش سوم: تولد گرانش درجه دوم: در اواسط دهه ۱۹۷۰،کلاگ استل فقید که در آن زمان دانشجوی تحصیلات تکمیلی در دانشگاه براندیس بود،متوجه شد که راهی وجود دارد -و فقط یک راه- برای متوقف کردن سیل بی‌نهایت‌هایی که تلاش‌های قبلی برای کوانتیزه کردن نسبیت عام را دچار مشکل کرده بود.نسبیت عام را می‌توان به صورت معادله‌ای نوشت که یک جمله واحد نمایانگر انحنای فضا-زمان است.اگر روش بازنرمال‌سازی فاینمن و دی‌ویت را روی این معادله اعمال کنید،نوعی ذره-موج به نام گراویتون به وجود می‌آید که به شکل‌های بی‌نهایت و غیرقابل چشم‌پوشی موج می‌زند.اما استل فهمید که می‌تواند معادله اینشتین را طوری تغییر دهد که فضا-زمان بیشتر شبیه میدان الکترومغناطیسی شود،با موج‌هایی که هرچه کوچکتر می‌شوند اهمیت کمتری پیدا می‌کنند.اثرات کلی آن‌ها سپس می‌توانست در چند ثابت قابل اندازه‌گیری خلاصه شود،مشابه بار و جرم الکترون در الکترومغناطیس.این نظریه گرانش که به دلیل داشتن دو جمله جدید مرتبط با مربع انحنا به گرانش درجه دوم معروف شد،قابل بازنرمال‌سازی بود.این نظریه به اندازه الکترومغناطیس منطقی بود. استل گفت که تا زمان مرگش در ماه گذشته استاد کالج امپریال لندن بود: این به شما یک -حرف نامعین- نظریه کوانتومی گرانش می‌دهد.سپس البته سوال این است: آیا آن را دوست دارید؟ اکثر فیزیکدانان،از جمله استل،این نظریه را دوست نداشتند.او در مصاحبه‌ای در آوریل گفت: من همچنین آگاه بودم که همه چیز قرار نیست به خوبی پیش برود. مشکل این بود که این ساختار تقویت‌شده فضا-زمان اکنون می‌توانست میزبان سه نوع موج باشد.جمله اول نمایانگر گراویتون‌های معمولی است.اما دو جمله مربع انحنا دو ذره جدید به تصویر می‌آورند.یکی بی‌ضرر است،چیزی که استل آن را ذره اسکالر کوچک و شیرین نامید.اما دیگری یک شبح است. یک علامت منفی ناخواسته که از جمله سوم ناشی می‌شود،هرج و مرج به پا می‌کند.ذره مرتبط انرژی منفی دارد،بنابراین ساختار فضا-زمان در واقع با ایجاد آن انرژی به دست می‌آورد.این بدان معناست که تعداد بیشتری از این ذره به طور خودبه‌خود ظاهر می‌شوند و فضا را به جهنمی پرانرژی تبدیل می‌کنند.بدتر اینکه،رویدادهای مربوط به این ذره سوم ممکن است احتمال منفی برای وقوع داشته باشند؛پیشنهادی بی‌معنی.فیزیکدانان چنین ذراتی را ارواح می‌نامند و می‌گویند نظریه‌هایی که توسط ارواح تسخیر شده‌اند بیمار هستند؛از نظر ریاضی ناسازگار. کمی پس از انتشار تحقیقات استل در سال ۱۹۷۷،فیزیکدانان به طور تصادفی نظریه گرانش کوانتومی سالم‌تری به نام ابرگرانش کشف کردند.این نظریه با فرض اینکه هر ذره بنیادی شناخته شده با یک ذره ابرشریک ناشناخته جفت می‌شود،چند مشکل را حل کرد. ابرگرانش بلافاصله توجه فیزیکدانان نظری،از جمله استل را جلب کرد.این نظریه در نهایت با نظریه ریسمان ادغام شد و برای دهه‌ها بر این حوزه تسلط یافت.گرانش درجه دوم،با ارواح و ناسازگاری‌هایش،نتوانست رقابت کند.فیزیکدانان توجه کمی به آن کردند و مقاله استل را فقط ۱۰ تا ۲۰ بار در سال ارجاع دادند. تشریح تصویر زیر: کلگ استل برای دهه‌ها استاد فیزیک در کالج امپریال لندن بود تا اینکه ماه گذشته درگذشت.در سال ۱۹۷۷،او نظریه‌ای ذره‌ای از گرانش توسعه داد که قابل نرمال‌سازی بود،اما ذره شبح این نظریه نامطلوب بود. #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #گرانش #گرانش_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: یک استدلال شوکه‌کننده: برای فیزیک‌دانانی که به هر دو نظریه مکانیک کوانتومی و گرانش علاقه‌مندند،ترکیب این دو نظریه بسیار دشوار بوده است.نظریه ریسمان راه‌حلی فرضی برای این مشکل است که ذرات را با طول‌های بسیار کوچک ریسمان‌های ارتعاشی جایگزین می‌کند تا مشکلاتی که سایر نظریه‌های کاندیدا را ناکام می‌گذارد،برطرف کند.با این حال،ریاضیات این نظریه چالش‌برانگیز است و پیامدهای آن سخت قابل استخراج بوده‌اند. اما تقریباً ۳۰ سال پیش،مقاله‌ای برجسته توسط خوان مالداسنا،فیزیک‌دانی در مؤسسه مطالعات پیشرفته،نشان داد که محاسبات دشوار نظریه ریسمان گاهی می‌تواند کنار گذاشته شود و به جای آن با استفاده از مفاهیم آشنا از فیزیک ذرات انجام گیرد.نکته این است که این روش فقط در صورتی کار می‌کند که جهان هندسه غیرمعمول آنتی-دسیتری داشته باشد.جهان آنتی-دسیتری دارای یک مرز است که اغلب به شکل یک قوطی فلزی تصویر می‌شود.به طرز شگفت‌آوری،هر چیزی که درون این قوطی اتفاق می‌افتد،از برخورد ذرات تا سیاه‌چاله‌های چرخان،توسط سایه‌هایی روی مرز بیرونی قوطی آشکار می‌شود.انگار جهان سه‌بعدی درون قوطی معادل تصویری روی یک صفحه تخت است،مفهومی که فیزیک‌دانان آن را هولوگرافی می‌نامند. هولوگرافی پیشرفت‌های بزرگی به همراه داشته است.در سال ۲۰۱۹،مالداسنا و سه همکارش در IAS -احمد المهیری،راغو ماهجان و یینگ ژائو- با استفاده از تفکر هولوگرافیک،بهتر فهمیدند که درون یک سیاه‌چاله چه می‌گذرد.آن‌ها بر اساس کارهای پیشین،فرمول جزیره را پیشنهاد دادند که مرزهای مناطق مختلف درون سیاه‌چاله را ردیابی می‌کند.این فرمول به زودی به آن‌ها و دیگران کمک کرد تا توضیحی احتمالی برای یک معمای دیرینه پیدا کنند: چگونه سیاه‌چاله‌ها می‌توانند اطلاعاتی درباره آنچه درونشان افتاده است آشکار کنند -که نظریه کوانتومی می‌گوید باید این‌گونه باشد- در حالی که این کار به نظر می‌رسد با طبیعت مطلق گرانش سیاه‌چاله در تضاد است؟ موفقیت آن‌ها به فیزیک‌دانان اطمینان داد که فرمول جزیره راهی قابل اعتماد برای درک گرانش کوانتومی است و نتایج بعدی نشان داد که این فرمول می‌تواند خارج از زمینه اصلی آنتی-دسیتری خود نیز کاربرد داشته باشد. اما این تنها یک مقدمه بود.هنری مکسفیلد،فیزیک‌دانی در دانشگاه استنفورد،گفت: سیاه‌چاله‌ها میدان آزمایشی بسیار خوبی برای ایده‌ها هستند،اما جای اصلی پول در آن‌ها نیست.سؤال مهم گرانش کوانتومی،کیهان‌شناسی کوانتومی است. تلاش برای درک جهان بسیار اولیه.مشکل این است که ما در یک جهان قوطی‌شکل آنتی-دسیتری زندگی نمی‌کنیم.ماهیت انبساط جهان نشان می‌دهد که هیچ مرزی ندارد.هر چقدر هم که سفر کنید،هرگز به لبه‌ای نخواهید رسید. یکی از راه‌های نداشتن لبه برای جهان،داشتن هندسه بسته است.در این حالت،مسافری که در خط مستقیم حرکت می‌کند،می‌تواند در نهایت به جایی که شروع کرده بازگردد،درست مانند اینکه شما سوار جت شوید و مستقیم به سمت شرق پرواز کنید.از آنجا که جهان ما می‌تواند به این شکل بسته باشد،مالداسنا به زودی فرمول جزیره را به یک جهان بسته اعمال کرد.او چیزی را کشف کرد که همکارانش سخت می‌توانستند بپذیرند: منطقه بسته تقریباً کاملاً خالی به نظر می‌رسید. ژائو گفت: من از آن استدلال واقعاً شوکه شدم.سعی کردم با او بحث کنم. چند سال طول کشید،اما ژائو در نهایت نقصی در جهان خالی مالداسنا پیدا کرد. تشریح تصویر زیر: خوان مالداسنا،فیزیکدان نظری در مؤسسه مطالعات پیشرفته،رابطه مهمی بین یک فضای فیزیکی و مرز آن فضا پیدا کرد. #سیاهچاله #گرانش_کوانتومی #کیهانشناسی @Einstein_astronomy

‍ بخش دوم: ثابت‌های بیشتر،مشکلات بیشتر: از زمانی که فیزیکدانان تلاش کردند گرانش را در نظریه میدان کوانتومی(چارچوبی که برای توصیف تمام نیروهای بنیادی دیگر استفاده می‌کنند)جای دهند،واضح بود که این اتحاد قرار است پر از چالش باشد.میدان‌های کوانتومی موادی موج‌دار هستند که فضا را پر می‌کنند.یک موج در میدان کوانتومی،یک ذره است.با تبادل جریان‌های این ذرات-موج‌ها،یک جسم می‌تواند به جسم دیگر نیرو وارد کند یا آن را بکشد.به عنوان مثال،نیروی الکترومغناطیسی از طریق اختلالات در میدان الکترومغناطیسی منتقل می‌شود که ما آن‌ها را فوتون می‌نامیم. یک حقیقت بسیار ناخوشایند در نظریه میدان کوانتومی این است که عملکرد یک میدان به هر یک از موج‌هایی که می‌تواند پشتیبانی کند بستگی دارد و این موج‌ها در تعداد بی‌پایانی از اشکال و اندازه‌ها وجود دارند.وقتی فیزیکدانان برای اولین بار نظریه میدان کوانتومی را اختراع کردند و سعی کردند با آن درباره الکترون‌ها و فوتون‌ها سوال بپرسند،محاسباتشان به بی‌نهایت می‌رسید چون هر جمله در یک جمع سعی داشت یک پیوستار بی‌پایان از موج‌های کوچکتر و کوچکتر را در نظر بگیرد.اما جمعی از جملات بی‌نهایت اصلاً پاسخ نبود. در اواخر دهه ۱۹۴۰،فیزیکدانان ریچارد فاینمن،جولیان شوینگر و سین-ایتیرو توموناگا به طور مستقل راه‌حلی پیدا کردند که این موج‌های بی‌پایان را به پاسخ‌های واضح تبدیل کرد و جایزه نوبل را برایشان به ارمغان آورد.آن‌ها فهمیدند که می‌توانند بخش‌های ناشناخته و به ظاهر بی‌نهایت محاسباتشان را به صورت تأثیر خالص آن‌ها بر دو ثابت شناخته شده که قبلاً در آزمایشگاه اندازه‌گیری شده بودند،یعنی جرم و بار الکترون،بازنویسی کنند. این کار مقادیر جملات را ثابت کرد و پس از آن فیزیکدانان می‌توانستند هر چیزی را درباره میدان الکترومغناطیسی پیش‌بینی کنند.این ترفند که به نام بازنرمال‌سازی شناخته می‌شود،شبیه یک هک جبری به نظر می‌رسید.اما در دهه‌های بعد،فیزیکدانان فهمیدند چرا این روش کار می‌کند.بازنرمال‌سازی روشی بود برای محو کردن کوچک‌ترین موج‌ها در یک میدان و فقط شامل تأثیرات خالص آن‌ها شدن.در مورد میدان الکترومغناطیسی،این روش کار می‌کند چون تأثیر موج‌های کوچک محدود است؛هر چه موج‌ها کوچکتر شوند،تأثیرشان بر موج‌های بزرگ‌تر کمتر می‌شود. اما گرانش به شکل متفاوتی عمل می‌کند.گرانش نیز میدان دارد:خود بافت فضا-زمان. آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت عام خود،گرانش را نتیجه افتادن اجسام در امتداد خمیدگی‌های این بافت فضا-زمان توصیف کرد.این میدان گرانشی به معنای دقیق کلمه یک چیز موج‌دار که فضا را پر کند نیست،بلکه خود فضا موج‌دار است.فیزیکدانان امواج گرانشی را که در این میدان حرکت می‌کنند،شناسایی کرده‌اند و کوچک‌ترین موج‌ها در این میدان مشکلات بی‌شماری ایجاد می‌کنند. وقتی فاینمن و همکارش برایس دی‌ویت تلاش کردند گرانش را بازنرمال‌سازی کنند،دریافتند که هر چه موج‌های فضا-زمان کوچکتر باشند،اهمیت بیشتری دارند. آن‌ها بر موج‌دار شدن فضا-زمان در سطوح بالاتر به روش‌های بی‌شماری ظریف تأثیر می‌گذارند که نمی‌توان فقط با چند ثابت قابل اندازه‌گیری جمع‌بندی کرد.این ترفند شکست خورد. موج‌های کوچک فضا-زمان حاضر به محو شدن نبودند. جان داناگی،متخصص نظریه میدان کوانتومی در دانشگاه ماساچوست،امهرست،گفت: همه نگران این موضوع بودند.این دلیل این بود که نسبیت عام کوانتومی به عنوان یک مشکل در نظر گرفته می‌شد. #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #گرانش #گرانش_کوانتومی @Einstein_astronomy

‍ پارادوکس کیهانی پیامد وحشتناک یک جهان بدون ناظر را آشکار می‌کند: با تشویق از موفقیت‌ها در درک سیاه‌چاله‌ها،فیزیکدانان نظری آنچه را آموخته‌اند به کل جهان‌ها تعمیم می‌دهند.آنچه یافته‌اند باعث شده است که فرضیات بنیادی درباره چگونگی انجام فیزیک را زیر سؤال ببرند. بخش اول: در حال کار کردن روی ریاضیات فضای کوانتومی و زمان،فیزیکدانان به معمایی گیج‌کننده برخوردند.قوانین پیچیده نظریه کوانتوم و گرانش به آن‌ها اجازه می‌دهد انواع مختلفی از جهان‌ها را با جزئیات دقیق تصور کنند که آزمایش‌های فکری قدرتمندی را ممکن می‌سازد که در سال‌های اخیر به معماهای دیرینه پیرامون سیاه‌چاله‌ها پرداخته‌اند. اما وقتی گروهی از پژوهشگران در سال ۲۰۱۹ جهانی شبیه به جهان خودمان را بررسی کردند،پارادوکس عجیبی یافتند: جهان نظری به نظر می‌رسید تنها یک حالت ممکن داشته باشد.آنقدر ساده به نظر می‌رسید که محتوای آن را می‌شد بدون انتقال حتی یک بیت داده،حتی انتخاب صفر یا یک،توصیف کرد.این نتیجه با این واقعیت که این نوع جهان باید قادر به میزبانی سیاه‌چاله‌ها،ستارگان،سیارات و انسان‌ها باشد،در تضاد بود.با این حال تمام آن جزئیات غنی دیده نمی‌شدند. راب مایرز،فیزیکدان نظری در مؤسسه پیرامتر برای فیزیک نظری در واترلو،کانادا،که مستقیماً در این تحقیق دخیل نبوده است،گفت: ما اطرافمان را نگاه می‌کنیم و قطعاً جهان پیچیده‌تر از این به نظر می‌رسد. فیزیکدانان دلایل خوبی برای اعتماد به این محاسبه دارند که بر ایده‌های بنیادی فیزیکی بنا شده است.ریاضیات نشان می‌دهد جهانی با تنها یک حالت وجود دارد؛جهان ما قطعاً چنین نیست.اکنون تیمی از نظریه‌پردازان پاسخ احتمالی ارائه داده‌اند.نتیجه پارادوکس زمانی رخ داد که فیزیکدانان به دنبال توصیف عینی از حالت کل یک جهان بودند.اما چنین توصیفی ممکن است حتی از نظر اصولی امکان‌پذیر نباشد.این فرض ضمنی وجود جهانی است که بدون ناظری برای مشاهده آن وجود دارد و شاید بدون ناظران،پیچیدگی جهان معنای خود را از دست بدهد. #سیاهچاله #گرانش_کوانتومی #کیهانشناسی @Einstein_astronomy

‍ بازگشت نظریه قدیمی شبح گرانش کوانتومی: آیا راز درک گرانش نزدیک به ۵۰ سال است که در معرض دید بوده اما نادیده گرفته شده است؟ بخش اول: نیرویی که ما به طور عمیق تجربه می‌کنیم همچنان مرموزترین نیرو باقی مانده است.فیزیکدانان می‌دانند چگونه مهاجرت‌های گسترده ذراتی به نام فوتون‌ها خانه‌های ما را روشن می‌کنند و چگونه گروه‌های ذرات گلئون هسته‌های اتم‌های ما را کنار هم نگه می‌دارند.اما آن‌ها نمی‌توانند بگویند ذرات گرانش،اگر وجود داشته باشند،چگونه ما را به عنوان نوزادان خوشحال می‌کنند که قاشق‌هایمان به زمین سقوط می‌کنند.نیروی گرانش آنقدر دشوار بوده که بسیاری از فیزیکدانان این رویکرد را کاملاً کنار گذاشته‌اند.آن‌ها احتمال می‌دهند که گرانش -و به تبع آن،کل واقعیت- ممکن است از رشته‌های ریز یا چیزهای عجیب دیگری ساخته شده باشد. اما در گوشه‌ای از دنیای فیزیک نظری،رویکرد ذره‌ای در حال بازگشت است.گروهی رو به رشد از فیزیکدانان از رویکرد معمول فیزیک ذرات که به آن نظریه میدان کوانتومی گفته می‌شود،برای گرانش استفاده می‌کنند.اگرچه این استفاده از نظریه مدت‌ها به عنوان رویکردی معیوب تلقی می‌شد،این فیزیکدانان اکنون می‌بینند که این نظریه بسیار بهتر از آنچه پیشینیانشان انتظار داشتند عمل می‌کند. لوکا بوانینفانته،فیزیکدان نظری در دانشگاه رادبود هلند که محاسباتش به تقویت این نظریه قدیمی کمک کرده است،گفت: تا کنون هیچ نشانه‌ای وجود ندارد که ما باید نظریه میدان کوانتومی را کنار بگذاریم؛در واقع،برعکس است. وقتی نظریه میدان کوانتومی استاندارد را به گرانش اعمال می‌کنید،فقط یک نظریه منحصر به فرد به نام گرانش درجه دوم به دست نمی‌آورید،بلکه پیش‌بینی‌های جدیدی نیز به دست می‌آورید.این پیش‌بینی‌ها هنوز آزمایش نشده‌اند و از نظر صرفاً نظری،گرانش درجه دوم ویژگی‌های عجیبی دارد که هنوز بسیاری از فیزیکدانان را می‌ترساند.اما طرفداران گرانش درجه دوم از این ناهنجاری‌ها دلسرد نمی‌شوند.برعکس،آن‌ها این ویژگی‌ها را به عنوان امکاناتی که قبلاً نادیده گرفته شده و ممکن است توسط نظریه میدان کوانتومی مجاز باشند،می‌بینند.برای مثال،ممکن است اثرات گاهی اوقات در سطح میکروسکوپی جلوتر از علل خود ظاهر شوند و شاید ذرات شبح با انرژی منفی که در گرانش درجه دوم ظاهر می‌شوند،بتوانند به طور ایمن در معادلات وجود داشته باشند بدون اینکه پارادوکس‌هایی در آزمایش‌ها ایجاد کنند. بوانینفانته گفت: شبح‌ها ممکن است اشیاء جدیدی باشند که وقتی سعی می‌کنیم گرانش و نظریه میدان کوانتومی را در سطح عمیق‌تری درک کنیم،ظاهر می‌شوند. تشریح تصویر زیر: یک نظریه در سال ۱۹۷۷ که به نام گرانش درجه دوم شناخته می‌شود،مدت‌ها به دلیل وجود ذره شبح با انرژی منفی کنار گذاشته شده بود.اما ممکن است این شبح در نهایت مانع بزرگی نباشد. #مکانیک_کوانتومی #ذرات_بنیادی #گرانش #گرانش_کوانتومی @Einstein_astronomy