کوانتوم فضاـ زمان


هرچند تصور کوانتومی بودن فضاـزمان بعید به نظر می رسد ولی با ژذیرفتن این عقیده می توان به برخی از مسائل پاسخ داد. در این مقاله بصورت مختصر دلایلی برای کوانتومی بودن فضاـزمان ارائه شده است.    




هرچند کوانتومی بودن فضا_زمان عجیب به نظر می رسد ولی می توان با پزیرفتن این مطلب به برخی از مسائل مشکل ساز پاسخ داد. سالها پیش تصور اینکه جرم یا الکتریسیته می تواند بصورت کوانتوم باشد بعید به نظر می رسید ولی با کوانتومی در نظر گرفتن آن ها بسیاری از مشکلات برطرف شد. در اوایل قرن بیستم، پلانگ عقیده کوانتومی بودن انرژی را مطرح کرد، این عقیده هرچند مورد مخالفت خیلی از فیزیکدانان واقع شد ولی بعدها توانست به بسیاری از مسائل که فیزیک کلاسیک از حل آن ها ناتوان بود، پاسخ دهد.

حال به تشریح مسئله ای می پردازیم که سال ها پیش توسط سوفسطاییان مطرح شده بود:

یک خرگوش و یک لاک پشت را در نظر بگیرید بصورتی که لاک پشت۱۰متر از خرگوش جلوتر است. اگر سرعت خرگوش دو برابر سرعت لاک پشت باشد، بدیهی است که پس از مدتی خرگوش از لاک پشت جلو می افتد. مثلا اگر فرض کنیم سرعت خرگوش۱۰ متر بر ساعت و سرعت لاک پشت۵ متر بر ساعت باشد، در این صورت انتظار می رود بعد از ۲ ساعت به هم برسند. در این دو ساعت خرگوش مسافت ۲۰متر و لاک پشت ۱۰متر طی می کند و در یک نقطه به هم می رسند، چون لاک پشت از ابتدا ۱۰ متر جلو بوده است. این را بارها و بارها در طبیعت مشاهده کرده ایم و علم ریاضیات هم به همین نتیجه رسیده است. ولی سوفسطاییان با یک تحلیل ظاهرا منطقی به یک نتیجه دیگری رسیده اند. نتیجه گیری آن ها به این شکل است:

خرگوش ۱۰ متر از لاک پشت عقب است، هنگامیکه خرگوش این ۱۰ متر را طی می کند، لاک پشت ۵ متر جلو تر می رود. حال اگر خرگوش این ۵ متر را طی کند، لاک پشت ۲.۵ متر طی می کند. دوباره اگر خرگوش این ۲.۵ متر را طی کند، لاک پشت در این مدت ۱.۲۵ متر طی می کند و این روند تا بینهایت ادامه پیدا می کند و به این صورت خرگوش هرگز به لاک پشت نمی رسد!

اما باید یک جای کار بلنگد. حال اگر به کوانتومی بودن طول اعتقاد داشته باشیم به این نتیجه می رسیم که در نهایت با ادامه دادن این روند به جایی می رسیم که نمی توانیم فاصله را نصف کنیم. در واقع در جایی یک کوانتوم فاصله در یک زمان با دو سرعت متفاوت سیر می شود.

شاید بتوان با در نظر گرفتن کوانتوم های زمان، درک بیشتری نسبت به رفتار نور پیدا کرد. در سرعت های بالا مثل سرعت نور، یک فوتون می تواند در چند نقطه از فضا قرار بکیرد. شاید به این دلیل است که کوانتوم در فیزیک فقط به احتمالات می پردازد، چون مکان یک ذره را نمی توان در یک زمان تعیین کرد. اگر نور را ذراتی به نام فوتون فرض کنیم که با سرعت بسیار زیاد حرکت می کنند و زمان را بصورت کوانتوم فرض کنیم، در این صورت یک فوتون در یک لحظه می توانند در مکان های گوناگون باشد و رفتار متفاوتی با سایر اجسام که سرعت پایین دارند، داشته باشد.

آزمایش یانگ خاصیت موجی نور را بیان می کند در حالیکه تئوری پلانگ رفتار ذره ای آن را مطرح می کند. اینشتین هر دو را می پذیرد و به بسیاری از مسائل پاسخ می دهد. حال اگر بپذیریم نور خاصیت ذره ای دارد و فضا زمان پیوسته نیست باز هم می توان به بسیاری از مسائل پاسخ داد.

مثال دیگری را برای روشن تر شدن مطلب ذکر می کنم. مورچه ای را تصور کنید که ۱۰ متر با یک دیوار فاصله دارد و در حال حرکت به سمت دیوار می باشد. اگر این مورچه هر روز نصف مسیر روز پیش را برود بنا به محاسبات ریاضی، هرگز به دیوار نمی رسد. چون همیشه فاصله ای در پیش رو دارد که باید نصف آن را طی کند. ولی چگونه ممکن است مورچه ای همواره در حال حرکت باشد و هیچ گاه به مقصد نرسد؟

با در نظر گرفتن کوانتومی بودن طول، در نهایت مورچه به جایی می رسد که فاصله مقابلش برابر با یک کوانتوم فاصله است، در این صورت یا مورچه به مسیر خود ادامه داده و به دیوار می رسد و یا متوقف می شود. به هر حال تصور اینکه مورچه همواره حرکت می کند و هیچ گاه به مقصد نمی رسد، دور از واقعیت است.



حسین کلاته