نظریه گرانش جدید، ماده تاریک را توضیح خواهد داد

پروفسور اریک ورلینده (Erik Verilinde) که به‌عنوان متخصص نظریه ریسمان در دانشگاه آمستردام و موسسه فیزیک نظری دلتا مشهور است، به تازگی مقاله‌ای را منتشر کرده است که در آن دیدگاه پیشگامانه خود درباره طبیعت گرانش را توسعه و بسط داده است.

در سال ۲۰۱۰، اریک ورلینده با نظریه‌ی گرانش کاملا جدید، دنیا را شگفت‌زده کرد. طبق نظریه ورلینده، گرانش یک نیروی بنیادی در طبیعت نیست بلکه یک پدیده نوظهور است. همان‌گونه که دما از حرکت ذرات میکروسکوپی ناشی می‌شود، گرانش نیز از تغییر در بیت‌های بنیادی اطلاعات -که در همان ساختار فضا-زمان ذخیره شده‌اند- پدیدار می‌شود.

قانون نیوتن در نتیجه اطلاعات

ورلینده در مقاله سال ۲۰۱۰ خود با نام (On the origin of gravity and the laws of Newton) نشان داد که چگونه قانون دوم معروف نیوتن را -که چگونگی سقوط سیب از درخت و ماندگاری ماهواره‌ها در مدار زمین را شرح می‌دهد- می‌توان از این بلوک‌های سازنده میکروسکوپی استنتاج کرد. وی با توسعه کارهای قبلی و کارهای انجام‌شده توسط دیگران، نشان داده است که چگونه می‌توان رفتار عجیب‌وغریب ستارگان در کهکشان‌ها را بدون نیاز به اضافه کردن معمای ماده تاریک درک کرد.

ناحیه‌های بیرونی کهکشان‌ها -مثل کهکشان راه شیری خودمان- با سرعت بیشتری نسبت به مقدار محاسبه‌شده (با توجه به مقدار ماده معمولی مثل ستارگان، سیارات و گازهای میان‌ستاره‌ای) به دور مرکز کهکشان می‌چرخند. پس باید چیز دیگری باشد که این مقدار گرانش اضافی را ایجاد کرده است، بنابراین فیزیک‌دانان وجود ماده تاریک را پیشنهاد کردند. به نظر می‌رسد ماده تاریک جهان ما را تحت‌الشعاع خود قرار داده است و بیش از ۸۰ درصد کل ماده را شامل می‌شود. به‌ قول‌ معروف ذرات ماده تاریک تابه‌حال هرگز مشاهده نشده‌اند، هرچند که تلاش‌های بسیاری برای آشکار‌سازی آن‌ها انجام شده است.

نیازی به ماده تاریک نیست

بر اساس نظریه ورلینده؛ ما هیچ نیازی نداریم تا ذره اسرارآمیز و مبهم ماده تاریک را به نظریه اضافه کنیم. در این مقاله جدید که در پایگاه ArXiv منتشر شده است، وی نشان داده است که چگونه نظریه گرانش او، سرعت چرخش ستارگان به دور مرکز کهکشان راه شیری را دقیقا پیش‌بینی می‌کند و به‌خوبی حرکت دیگر کهکشان‌ها را توضیح می‌دهد.

ورلینده می‌گوید:

ما شواهدی داریم که نشان می‌دهد این دیدگاه جدید از گرانش با مشاهدات و رصد‌ها مطابقت دارد. به نظر می‌رسد در مقیاس‌های بزرگ، گرانش آن‌چنان که نظریه اینشتین پیش‌بینی کرده، رفتار نمی‌کند.

در نگاه اول؛ نظریه ورلینده ترکیب‌های مشابهی با نظریات اصلاح یافته گرانش مثل MOND  به نمایش می‌گذارد. هر چند MOND نظریه را برای مطابقت با مشاهدات و رصد‌ها سازگار می‌کند؛ اما نظریه ورلینده از اصول ابتدایی آغاز می‌کند. چنانکه خود ورلینده می‌گوید:

یک نقطه شروع کاملا متفاوت.

سازگاری با اصل هولوگرافیک

یکی از عوامل تأثیرگذار در نظریه ورلینده سازگاری با اصل هولوگرافیک است. اصلی که توسط استاد راهنمای وی یعنی جرارد هوفت (برنده نوبل ۱۹۹۹، دانشگاه Utrecht) و لئونارد ساسکیند (دانشگاه استنفورد) مطرح شد. طبق اصل هولوگرافیک؛ تمام اطلاعات درون کل جهان را می‌توان بر روی یک کره فرضی و عظیم اطراف آن، شرح داد. ورلینده اکنون نشان داده است که این ایده کاملا درست نیست و بخشی از اطلاعات درون جهان ما را درون خود فضا شامل می‌شود. این اطلاعات اضافی لازم است تا بتوانیم دیگر مؤلفه تاریک جهانمان، یعنی انرژی تاریک را نیز توصیف کنیم. باور بر آن است که این انرژی مسئول انبساط شتاب‌دار عالم ما است. تحقیق و بررسی اثرات این اطلاعات اضافی بر روی ماده معمولی، ورلینده را به نتایج گیج‌کننده‌ای رساند. وی در کار سال ۲۰۱۰ خود نشان داد که چون گرانش معمولی را می‌توان با استفاده از اطلاعات روی کره فرضی اطراف جهان کدگذاری کرد. نتیجه اطلاعات اضافی درون قسمت بزرگی از فضا، نیرویی است که به خوبی با خواص ماده تاریک مطابقت دارد.

روی مرز یک انقلاب علمی

گرانش به طور وحشتناکی نیاز به راه‌حل‌هایی همچون نظریه ورلینده دارد؛ چراکه به خوبی با فیزیک کوانتومی ترکیب نمی‌شود. این دو نظریه که تاج جواهرنشان فیزیک قرن بیستم هستند، نمی‌توانند هم‌زمان درست باشند. مشکل در شرایط بی‌نهایت مثل نزدیک سیاه‌چاله‌ها یا در زمان انفجار بزرگ رخ می‌دهد. ورلینده می‌گوید:

فیزیک‌دانان نظری بسیاری همچون من بر روی بازبینی نظریه کار می‌کنند و پیشرفت‌ چشمگیری نیز حاصل شده است. ممکن است ما بر روی مرز یک انقلاب علمی ایستاده باشیم که دیدگاه ما درباره طبیعت فضا، زمان و گرانش را از بنیاد اساسا تغییر خواهد داد.

این مقاله که در روز ۱۷ آبان همین امسال منتشر شده است را می‌توانید از این لینک مشاهده و دریافت نمایید.