نسخه قابل چاپ

کاسموس آنلاین − طبق پژوهشی جدید، ابعاد سلول‌های کوانتومی و بنیادین سازنده‌ی فضا، بسیار کوچک‌تر از آن چیزی‌ست که تا پیش‌تر تصورش می‌رفت. این یافته، تأثیرات ژرفی را بر نحوه‌ی کشف فیزیک ماورای اینشتین، خواهد گذاشت.

نظریه‌ی نسبیت اینشتین، به توصیف خواص نیروی جاذبه می‌پردازد و فضا را یک پیوستار صاف و انعطاف‌پذیر (همچون لاستیک) در نظر می‌گیرد. نظریه‌ی کوانتوم، از طرفی فضا را در ریزترین مقیاس‌های ممکن‌اش، آکنده از سلول‌هایی نظیر دانه‌های ماسه در قیاس با سطح هموار ساحل دریا می‌داند. از بزرگ‌ترین اهداف فیزیک مدرن، آمیزش این دو تعریف، در نظریه‌ی واحدی موسوم به «گرانش کوانتومی»ست. حال، رصدخانه‌ی پرتو گامای وابسته به سازمان فضایی اروپا (ESA)، موسوم به «اینتگرال»، حدود جدیدی را برای ابعاد این سلول‌های کوانتومی فضا تعریف کرده و نشان داده که ابعاد این سلول‌ها باید از مقادیر پیش‌بینی‌شده در برخی نسخه‌های نظریه‌ی گرانش کوانتومی، بسیار کوچک‌تر باشد.

طبق محاسبات، این سلول‌های ریز فضایی، قادر به تأثیرگذاری بر نحوه‌ی حرکت پرتوهای گاما در پهنه‌ی فضا هستند. آن‌ها موجب اعوجاج پرتوهای نور گشته و نحوه‌ی نوسانات الکترومغناطیسی‌شان را دستخوش تغییراتی می‌کنند، پدیده‌ای که به «قطبیدگی» (Polarization) معروف است. از طرفی پرتوهای پرانرژی گاما در قیاس با پرتوهای کم‌انرژی‌تر طیف، بیشتر مستعد قطبیده شدن هستند و از همین اختلاف قطبیدگی می‌توان ابعاد سلول‌های فضایی را برآورد نمود. «فیلیپ لاورنت» (Philippe Laurent) از بنیاد پژوهشی CEA Saclay فرانسه و همکارانش، به‌کمک داده‌های دریافتی از ابزار IBIS، مستقر بر رصدخانه‌ی فضایی اینتگرال، دست به کنکاش در اختلاف قطبیدگی پرتوهای گامای پرانرژی و کم‌انرژی گسیل‌شده طی یکی از سهمگین‌ترین انفجارهای پرتو گاما که تاکنون ثبت گشته (موسوم به GRBها)، زد.

GRBها، محصول برخی از شدیدترین انفجارهای کیهانی هستند. بسیاری معتقدند که این پدیده‌ها ناشی از سقوط ستاره‌های سنگین‌وزن در یک سیاهچاله یا ستاره‌ی نوترونی (که لاشه‌های چگال یک ستاره‌ی مرده محسوب می‌شوند) و به‌دنبالش مرگ ستاره‌ی قربانی طی انفجاری موسوم به «ابرنواختر» (Supernova) هستند که به تولید درخش سهمگینی از پرتوهای گاما طی تنها چندین ثانیه – که نور همه‌ی کهکشان میزبانش را تحت‌الشعاع درخشندگی‌اش قرار می‌دهد – می‌انجامند (مثلاً رجوع کنید به «سیاهچاله‌ای، ستاره‌ای را خورد».)

انفجار GRB 041219A، در روز نوزدهم دسامبر سال 2004 رخ داد و سریعاً مشخص شد که جزو آن یک‌درصد از GRBهایی‌ست که در صدر فهرست درخشنده‌ترین اجرام جهان هستی واقع شده‌اند. این انفجار، چنان درخشنده بود که اینتگرال، به‌راحتی موفق به محاسبه‌ی دقیق قطبیدگی نور گسیلی از آن گردید. لاورنت و همکارانش هم به قیاس داده‌های حاصل از این رصدها با اختلاف قطبیدگی پرتوهایی با تراز انرژی‌های مختلف پرداختند؛ اما نتوانستند هیچ مشابهتی را در آن‌ها با نتایج اینتگرال بیابند.

طبق برخی نظریات، ابعاد سلول‌های کوانتومی، معادل «ابعاد پلانک»، یعنی 10 به توان 35- متر است (1 میلی‌متر، 10 به توان 3- متر است). اما محاسبات اینتگرال که دقتی 10هزار برابری نسبت به محاسبات پیشین داشت، نشان از این می‌داد که ابعاد سلول‌های کوانتومی، بایستی در حدود 10 به توان 48- متر و یا حتی کم‌تر از این باشد. لاورنت در این‌باره می‌گوید: «این، نتیجه‌ی بسیار حائز اهمیتی‌ست، که برخی نسخه‌های نظریه‌ی ریسمان و «گرانش کوانتومی حلقوی» (از جمله نظریاتی که به‌منظور اتحاد نظریات نسبیت و کوانتوم ارائه شده است) را منسوخ می‌کند».

اینتگرال، رصدهای مشابهی را در سال 2006 میلادی نیز صورت داد و به محاسبه‌ی قطبیدگی تابش گسیلی از سحابی خرچنگ پرداخت (رجوع کنید به «انفجار سحابی خرچنگ»). این سحابی، بازمانده‌ی یک انفجار ابرنواختری در کهکشان ما و در فاصله‌ی تنها 6500 سال نوری از زمین است. این رصدها، بسیار دقیق‌تر از رصدهای سال 2004 بودند؛ چراکه فاصله‌ی انفجار GRB 041219A تا زمین، 300 میلیون سال نوری بود!

اصولاً اعوجاجات الکترومغناطیسی ناچیز ناشی از عبور پرتوهای گاما از بین سلول‌های کوانتومی را تنها در صورتی می‌توان محاسبه کرد که پرتوی مزبور، پهنه‌ی هرچه‌گسترده‌تری از فضا را بپوید و این اثرات، آهسته‌آهسته بر هم انباشته گشته و به‌شکل یک سیگنال مشخص، ظهور پیدا کنند. از آنجایی‌که در رصدهای صورت‌گرفته بر پرتوهای گامای گسیلی از سحابی خرچنگ (که در فاصله‌ی کمتری نسبت به انفجار GRB 041219A قرار دارد) هیچ ردی از این اعوجاجات پیدا نشد؛ پس اصولاً ابعاد سلول‌های کوانتومی، بایستی کمتر از آن چیزی باشد که تا پیش‌تر تصورش می‌رفت.

«کریستوف وینکلر» (Christoph Winkler)؛ از دانشمندان حاضر در پروژه‌ی اینتگرال، می‌گوید: «کنکاش در اصول بنیادین فیزیک، کمتر در دایره‌ی کاربری‌های رصدخانه‌ی پرتو گامای اینتگرال قرار می‌گیرد؛ اما با این‌ وجود، همین [رصدها] ما را قادر ساخته تا گام‌های بلندتری را در کشف ماهیت راستین فضا برداریم». حال، نوبت نظریه‌پردازان است تا نظریات‌شان را به پشتوانه‌ی این کشف، مورد بازبینی قرار دهند.

محاسبات تلسکوپ پرتو گامای «فرمی» ناسا نیز پیش‌تر، پیوستار فضا را صاف‌تر و کم‌دست‌اندازتر از پیش‌بینی برخی نسخه‌های نظریه کوانتوم دانسته بود (رجوع کنید به «خدا هیچ‌وقت تاس نمی‌اندازد»).

توضیح تصویر:
تصویر تهیه‌شده از یک انفجار پرتو گاما (کادر داخلی) توسط ابزار IBIS، مستقر بر تلسکوپ فضایی اینتگرال / منبع تصویر: ESA/SPI Team/ECF

منبع: Cosmos Online