Caroline Delbert
- چرخش نانوکرمچالهها میتواند تضاد در ثابتهای کیهانی ما را توضیح دهد.
- کرمچالهها مقدار به پارامتری ریاضی به نام جملهٔ گائوس‑بنت میافزایند.
- تقویت یک جمله در یک معادلهٔ پیچیده به دانشمندان کمک میکند تا توضیح دهند نتایج چگونه میتوانند تغییر کنند.
دانشمندان یونان چارچوبی ریاضیاتی ارائه کردهاند تا به توضیح شکافی که تا کنون در درک ما از چگونگی مقیاسگیری نیروی جاذبه تا تمام ابعاد جهان باقی مانده است، کمک کنند.
بطور خاص، کیهانشناسان هنوز نمیتوانند توضیح دهند که گسترش جهان چگونه در «دوران نسبتاً اخیر کیهانی» — یک بسیار اصطلاح نسبی — افزوده شده است، زیرا تمام تلاشهای موجود برای کمیسازی این تغییر تا به امروز با مدلهای ریاضی موجود در تضاد هستند. دانشمندان یونانی پیشنهادی بهخصوص تو در تو دارند: کرمچالههای میکروسکوپی که طبیعت و چگالی آنها میتواند خالهای خالی را پر کند. این ذرات کوچک زمان‑فضایی تنها به کمی تنظیم دقیق از نظریههایی که پیشتر در زمان حاضر مورد توجه قرار گرفتهاند، نیاز دارند.
در مقالهای که در ژورنال بازنگریشده ظاهر میشود Physical Review D از انجمن فیزیک آمریکا، نویسندگان توضیح میدهند که «ثابت کیهانی مثبت» که برای توصیف گسترش جهان ما به کار رفته، به جای آن مشکلات ریاضی ایجاد کرده است: «[Q]تحلیل میدانی کوانتومی پیشبینی میکند که مقدار تا ۱۲۰ مرتبهٔ لگاریتمی بزرگتر از مقدار مشاهده شده است.»
یک مرتبهٔ لگاریتمی بهسادگی یک ضریب ۱:۱ نیست، بنابراین ۱۲۰ مرتبهٔ لگاریتمی احتمالاً بسیار بیشتر از ۱۲۰ بار بزرگتر است. اما اگر احتمال اینکه در طول عمر خود توسط رعد و برق اصابت کنید حدود ۱ در ۱۵٬۳۰۰ باشد، ۱۲۰ بار بزرگتر شدن بهمعنی ۱ در ۱۲۷ میشود. (از خوانندگان دقیقچشمی که برای توضیح اینکه ۱۲۰ مرتبهٔ لگاریتمی بسیار، بسیار بیشتر از ۱۲۰ بار است نوشتند، تشکر میکنیم! با مقدار واقعی، تقریباً بهطور قطعی مورد ضربه رعد و برق قرار میگیرید.)
اگر بخواهیم دو امکان را متعادل کنیم، دانشمندان توضیح میدهند که باید حداقل یک عامل جدید پیچیدگی را اضافه کنیم. دو پیشنهاد اصلی برای این کار عبارتند از: ابتدا، یک ثابت کیهانی متغیر که توسط مفهوم انرژی تاریک توجیه میشود؛ دوم، تعمیق نظریهٔ ما دربارهٔ رفتار جاذبه در مقیاس کیهانی، از یک پسزمینهٔ صاف به پیچیدگی خاردار و شبیه به خلیجهای عمیق.
این مقاله پیشنهاد میکند که هر دو گزینه را ترکیب کنیم: اگر راهحل یک پسزمینهٔ جاذبهایی خاردارتر باشد که با اینستونها و کرمچالهها پوشیده شده و مناظر سنگینترشان بهطور طبیعی مقدار انرژی تاریک را نیز در بر بگیرد، چه میشود؟
بیایید چند واژه کلیدی را تعریف کنیم. وقتی کیهانشناسان سعی میکنند جهان را مدلسازی کنند، از ابزارهایی همچون توپولوژی و نظریه منیفولد استفاده میکنند. آنها تا جایی که ممکن است متغیرها یا ایدهها را وارد میسازند و فضاهایی برای مواردی که هنوز ناشناختهاند، باقی میگذارند. و همانطور که در کلاس حساب دیفرانسیل و انتگرال دبیرستانی خود میدانستید، هدف همیشه این است که همه چیز را در دو سمت هر علامت مساوی یا هر معادلسازی در مدل ریاضی خود در بر بگیرید.
فیزیک در مقیاسهای مختلف هنوز بهراحتی همساز نمیشود. مشاهدات دقیق آلبرت اینشتین و پیش از او به نظریههای زیبایی تبدیل شد که جهان قابلمشاهده و بخشهایی از فضا را توصیف میکردند؛ اما مکانیک کوانتومی این قطعات را آنچنان میپیچاند که دیگر بهصورت یک پازل کامل در کنار هم نمینشینند. در نظر گرفتن زمان‑فضا بهعنوان یک منیفولد یا سطحی که توسط ریاضیات همپوشانیدار در مقیاس بزرگ هدایت میشود، به فیزیکدانان امکان میدهد مکان صحیحی برای یک قطعه خاص از پازل پیدا کنند.
یکی از رفتارهای زمان‑فضا که «فوم کوانتومی» نام دارد، در سطحی فوقالعاده ریز اتفاق میافتد؛ دانشمندان بر این باورند که حتی پدیدههای کوانتومی در آن تجزیه میشوند و حبابهای کوچکی ایجاد میکنند که در آن اصول دیگر صادق نیستند. اگر کسی بتواند «نویسندهٔ نویسندگان» یا «کمدین کمدینها» باشد، این همان مکانیک کوانتومی مخرب درون مکانیک کوانتومی است. و در همین فوم است که کرمچالهها میتوانند به گونهای وجود داشته باشند که ایدههای کیهانی را به هم پیوند دهند بدون اینکه قوانین بزرگتر را نقض کنند.
واژه «کرمچاله» شاید حتی گمراهکننده باشد؛ چرا که میتواند بهصورت تونل باشد، اما میتواند صرفاً سوراخهایی باشد که از ابعاد بالاتر عبور میکنند. نظریهٔ منیفولد به دانشمندان اجازه میدهد این ابعاد را اضافه کرده و حداقل سعی کنند تا آنها را منطقی توجیه کنند؛ کاری که با ذهن سهبعدی انسان دشوار است.
بهمحض اینکه اجازه دهیم کرمچالهها در این فوم وجود داشته باشند، دانشمندان در مقاله توضیح میدهند که مجموعهای از عملیات و تبدیلات ریاضی مرتبط بر این پایه ساخته میشوند. راهحل «یک ثابت کیهانی مؤثر» هنگامی ظاهر میشود که قضیهٔ گائوس‑بنت را به کار ببرید: «[T]تغییر جملهٔ گائوس‑بنت در منیفولد که بهدلیل شکلگیری کرمچالهها توپولوژیاش تغییر میکند، صفر نیست.»