به نقل از «ایران اکونومیست»

درک انحنای فضا-زمان و گرانش کوانتومی با شبیه‌ساز کوانتومی

تاریخ انتشار: ۳۱ اردیبهشت ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۷۷۹۴۰۲۵

یک مطالعه جدید که توسط دانشمندانی در وین اتریش انجام شده است از امواج صوتی در ابرهای اتمی برای درک رفتار ذرات کوانتومی در فضا-زمان استفاده می‌کند.

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از فیز، مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت از ارکان فیزیک مدرن هستند. مکانیک کوانتومی همه پدیده‌ها و رفتار ذرات را در کوچکترین مقیاس توضیح می‌دهد، در حالی که نسبیت در انتهای دیگر طیف قرار دارد و ساختارهای کیهانی را در بزرگترین مقیاس توضیح می‌دهد.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

با این حال، ترکیب این دو نظریه برای رسیدن به یک نظریه کوانتومی واحد از گرانش، دهه‌هاست که فیزیکدانان را مشغول کرده است.

اکنون گروهی از دانشمندان دانشگاه TU Wien در شهر وین اتریش از یک شبیه‌ساز کوانتومی برای مطالعه اثرات انحنای فضا-زمان استفاده کرده‌اند.

این شبیه‌ساز به دانشمندان اجازه می‌دهد تا یک سامانه مدل شبیه ذرات کوانتومی در فضا-زمان منحنی ایجاد کنند و جنبه‌های هر دو نظریه را با هم ترکیب کنند.

نحوه کمک یک سامانه مدل به درک ذرات کوانتومی در فضا-زمان

دانشمندان برای این مطالعه، سرعت صوت را در ابرهای اتمی فوق سرد که توسط میدان‌های الکترومغناطیسی کنترل می‌شوند، بررسی کردند.

ممکن است تعجب کنید که چگونه مطالعه سرعت صوت به ما در درک ذرات کوانتومی در فضا-زمان کمک می‌کند. پاسخ در این واقعیت نهفته است که بسیاری از سامانه‌های فیزیکی، مشابه هستند. این به این دلیل است که همه سامانه‌ها از قوانین و معادلات علمی یکسانی پیروی می‌کنند.

نور در خلاء با سرعت ثابتی در مسیری به نام «مخروط نوری» حرکت می‌کند. با این حال، هنگامی که نور از نزدیک اجرام سنگین مانند سیارات و ستارگان عبور می‌کند، مسیر آن یا مخروط نوری خم می‌شود. نور خم شده باعث می‌شود که اجرام پس زمینه بزرگ شوند و به صورت حلقه‌ای در اطراف جرم مورد مشاهده ظاهر شوند که این موضوع به عنوان «همگرایی گرانشی» شناخته می‌شود.

در نظریه نسبیت خاص، مخروط نوری به توصیف ظاهری انتشار نور در نمودار فضا-زمان اطلاق می‌شود. این مخروط در صورتی به شکل سه بعدی ترسیم می‌شود که ما شکل انتشار موج را بر روی محور افقی(طول‌ها و عرض‌ها) دو بعدی در نظر بگیریم و محور عمودی را متشکل از زمان بدانیم.

بر اساس قانون ماکسول، سرعت نور همواره ثابت و مستقل از سرعت منبع نور است که این مسئله با اندازه‌گیری‌های دقیق اثبات شده است. پس اگر موجی از نور در لحظه و مکان به خصوصی منتشر شود، همچنان که زمان می‌گذرد مانند کره‌ای نورانی با سرعت نور گسترش پیدا می‌کند که اندازه و وضعیت آن مستقل از سرعت جسم است. بعد از گذشت یک میلیونیم ثانیه، گسترش شعاع نور، کره‌ای به شعاع ۳۰۰ متر ایجاد خواهد کرد و به همین ترتیب بعد از گذشت دو میلیونیم ثانیه، شعاع این کره به دو برابر مقدار قبل خواهد رسید و به همین ترتیب این مقدار افزایش پیدا می‌کند.

به طور مثال، این واقعه شبیه گسترش امواجی است که بر اثر برخورد سنگی با سطح آب به وجود می‌آید. این امواج به شکل دایره‌هایی ظاهر می‌شوند که با گذشتن زمان بر شعاع آنها افزوده می‌شود. اگر مجموعه‌ای از تصاویر امواج در حال گسترش را به ترتیب زمانی روی هم قرار دهیم، مخروطی سه بعدی تشکیل می‌شود که محور افقی آن را مختصات طولی و عرضی دایره‌ها تشکیل می‌دهند و محور عمودی آن متشکل از زمان است. در نتیجه رأس این مخروط، لحظه برخورد سنگ با سطح آب است.

به همین نحو، گسترش شعاع‌های نور بر اثر یک رویداد، مخروطی سه بعدی در دستگاه چهار بعدی فضا-زمان رسم می‌کند که به آن مخروط نوری آینده رویداد می‌گویند. به همین ترتیب، قادر به رسم مخروط دیگری خواهیم بود که مجموعه رویدادهایی است که توسط آنها نور می‌تواند به یک رویداد معین برسد و این مخروط، مخروط نوری گذشته رویداد نام دارد.

همگرایی گرانشی نیز هنگامی روی می‌دهد که نورِ یک چشمه درخشان بسیار دور(مانند یک اختروش) در مسیرش تا رصدگر، از کنار جسم پرجرم دیگری(مانند یک خوشه کهکشانی) بگذرد و مسیرش خمیده شود. جسم میانی، همگرایی یا عدسی گرانشی نامیده می‌شود. این پدیده یکی از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام اینشتین است.

براساس نسبیت عام، جرم می‌تواند فضا-زمان را خمیده کند و در نتیجه یک میدان گرانشی بسازد که می‌تواند نور را منحرف کند. این پدیده را نخستین بار آرتور ادینگتون در سال ۱۹۱۹ در جریان یک خورشیدگرفتگی آزمود که در آن نور ستاره‌ای که از نزدیک خورشید می‌گذشت، کمی خم شد و در نتیجه مکان ظاهری ستاره کمی جابه‌جا شد.

با همگرایی گرانشی می‌توان اطلاعاتی درباره جسم میانی(عدسی) از جمله جرم آن به دست آورد.

بنابراین، دانشمندان در این مطالعه جدید، خواص ابرهای اتمی را طوری تنظیم کردند که خواص آنها مشابه ذرات کوانتومی باشد.

دانشمندان با مشاهده سرعت صوت در ابرهای اتمی، مشابه با سرعت نور در فضا-زمان می‌توانند پدیده‌هایی مانند مخروط‌های خمیده نور، اثرات همگرایی گرانشی و بازتاب‌ها را در شبیه‌ساز کوانتومی مشاهده کنند.

این برای نظریه کوانتومی گرانش چه معنایی دارد؟

یافته‌های حاصل از مطالعه شبیه‌ساز کوانتومی، دیدگاه تازه‌ای را در مورد نظریه کوانتومی گرانش ارائه می‌کند و چگونگی رفتار ذرات کوانتومی در فضا-زمان منحنی را روشن می‌کند و این توانایی را به ما می‌دهد تا تعامل بین نسبیت و مکانیک کوانتومی را در یک محیط قابل دسترسی‌تر و کنترل شده‌تر بررسی کنیم.

در حالی که شبیه‌ساز کوانتومی به طور مستقیم، پیچیدگی کامل گرانش کوانتومی را شبیه‌سازی نمی‌کند، اما به عنوان یک ابزار ارزشمند برای مطالعه جنبه‌های خاص و به دست آوردن درک عمیق‌تر از اصول اساسی درگیر در این فرآیند عمل می‌کند.

این مطالعه راه‌های جدیدی را به روی فیزیکدانان باز می‌کند تا نظریه‌های میدان کوانتومی در فضا-زمان را کشف کنند و ما را به درک نیروهای بنیادی موجود در جهان نزدیک‌تر می‌کند.

این مطالعه در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.

 

منبع: خبرگزاری ایسنا برچسب ها: فضازمان ، گرانش کوانتومی ، همگرایی گرانشی ، عصر کوانتوم

منبع: ایران اکونومیست

کلیدواژه: فضازمان گرانش کوانتومی همگرایی گرانشی همگرایی گرانشی ابرهای اتمی

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت iraneconomist.com دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایران اکونومیست» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۷۷۹۴۰۲۵ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

اینترنت کوانتومی و فناوری دسترسی رادیویی باز در کشور توسعه خواهد یافت

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، سید محمد کرباسی، دبیر ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری اطلاع داد: درسال گذشته، این ستاد در بحث تبصره ۱۸، از ۱۱ طرح به مبلغ ۲۷.۵ میلیارد تومان و خارج از تبصره ۱۸، از ۱۴ طرح به مبلغ ۱۰ میلیارد تومان حمایت کرده است.  

وی در خصوص مأموریت‌های ستاد توسعه فناوری‌های اتصال‌پذیری توضیح داد: رصد فناوری و شناسایی زیست‌بوم، فرهنگ‌سازی و ترویج سواد فناوری، حمایت از نخبگان پژوهشگر و سرآمدان فناور، توسعه فناوری‌های اولویت‌دار و نوظهور و تجاری‌سازی و بازاریابی از جمله ماموریت‌هایی است که این ستاد در دستور کار خود دارد.

کرباسی، توسعه منابع انسانی، توسعه فرهنگ بومی‌سازی شبکه ملی اطلاعات، توسعه اتصال‌پذیری با اولویت هوشمندسازی صنایع و تقویت زیرساخت امنیت سایبری شبکه و صنعتی را از اهداف راهبردی این ستاد برشمرد.

وی ادامه داد: دانشگاهیان و پژوهشگران، هسته‌های فناور و شرکت‌های نوپا، صنایع، سازمان‌ها و نهاد‌های دولتی، عموم افراد جامعه از مخاطبان این ستاد محسوب می‌شوند.

کرباسی درباره فعالیت‌های این ستاد گفت: ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات در سال گذشته اقدام به انتشار هفت فراخوان کرد که از آن جمله می‌توان به فراخوان حمایت از پایان‌نامه‌های دانشجویی، فراخوان پروژه‌های تحقیقاتی- طرح‌های پژوهشی و پسادکتری (بنیاد علم)، فراخوان حمایت از طرح‌های فناورانه (نوآفرین)، فراخوان حمایت از طرح‌های فناورانه در حوزه تجهیزات رادیویی، فراخوان مشترک با شرکت ایرانسل، فراخوان حمایت از طرح‌های فناورانه کرده است.

دبیر ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات همچنین به پروژه‌های پرچم‌دار این ستاد در سال گذشته هم اشاره کرد و گفت: این پروژه‌های پرچم دار بر محصولات مورد نیاز گلوگاهی کشور تمرکز دارند و هدف از طرح این پروژه‌ها را حل مشکلات کشور در بحث فناوری  دانست.

وی در این راستا، پروژه اینترنت کوانتومی، فناوری دسترسی رادیویی باز (Open RAN) و  Fablab IOT و FSO را از جمله این پروژه‌های پرچم دار برشمرد.

کرباسی در خصوص حمایت‌های ستاد هم گفت: ستاد در بحث تبصره ۱۸، ۷۲ طرح دریافت و ۱۱ طرح را به مبلغ ۲۷/۵ میلیارد تومان مورد حمایت قرار داده و خارج از تبصره ۱۸، ۱۸ طرح دریافت  و ۱۴ طرح به مبلغ ۱۰ میلیارد تومان مورد حمایت قرار گرفته اند.

وی ادامه داد: در حوزه تجاری‌سازی و بازاریابی هم ستاد برنامه‌هایی را در دستور کار خود داشته است.

کرباسی، شرکت در گردهمایی شرکت‌های فناوری اطلاعات و نرم افزار‌های رایانه‌ای در مشهد، شرکت در رویداد ملی نکست و امضا ۱۳ تفاهم نامه و توافق نامه را از جمله اقدامات صورت گرفته در این راستا عنوان کرد.  

وی ادامه داد: همچنین، همکاری در تجهیز دو آزمایشگاه تخصصی در حوزه ۵G و IOT با همراه اول و شرکت ایرانسل از دیگر اقدامات این ستاد در سال ۱۴۰۲ است.

کرباسی اضافه کرد: حدود ۳۳ میلیارد تومان از محل بودجه ستاد به تفکیک ۱۱ درصد به فرهنگ سازی و ترویج سواد فناوری، ۲۱ درصد حمایت از نخبگان و ۶۸ درصد توسعه فناوری و همچنین  ۴۹ میلیارد تومان هم از نهاد‌های دیگر در قالب اعتبار مالیاتی و تفاهم‌نامه‌ها جذب شد که به تفکیک ۱ درصد به فرهنگ سازی و ترویج سواد فناوری، ۳۷ درصد به حمایت از نخبگان و ۶۲ درصد به توسعه فناوری اختصاص پیدا کرده است.

وی در ادامه از تشکیل کارگروه‌هایی همچون اینترنت اشیا و هوشمندسازی، ارتباطات نسل جدید، ماهواره و سنجش از راه دور و  امنیت سایبری به عنوان یکی از اقدامات این ستاد در سالی که گذشت یاد کرد.  

کرباسی درباره دیگر اقدامات این ستاد افزود: بازدید از شرکت‌های دانش‌بنیان و آزمایشگاه‌های تخصصی در راستای رصد، شناسایی و ترویج امید در حوزه فناوری‌های اتصال‌پذیری و ارتباطات از دیگر برنامه‌هایی است که دبیر ستاد توسعه فناوری‌های اتصال‌پذیری و ارتباطات از جمله این فعالیت‌ها است.

وی اضافه کرد: بازدید از آزمایشگاه تحقیقاتی و  مرکز نوآوری و شرکت‌های دانش‌بنیان مستقر در دانشگاه علم و صنعت، مجموعه‌های شتاب‌دهنده و شرکت‌های دانش‌بنیان شهر اصفهان، کارخانه نوآوری در خراسان رضوی و بررسی مسائل فناورانه بخش رادیویی نسل پنجم ارتباطی در نشستی با شرکت‌های دانش‌بنیان از جمله  دیگر اقدامات این ستاد است.

 کرباسی به فعالیت‌های نمایشگاهی این ستاد اشاره کرد و گفت: حضور ستاد در چهارمین رویداد هفته ایران دیجیتال، کنفرانس ظرفیت شبکه ملی اطلاعات ویژه توسعه هوشمندسازی، چهاردهمین نمایشگاه فناوری نانو ۱۴۰۲ و  بیست و چهارمین نمایشگاه بین‌المللی تلکام ۱۴۰۲ از دیگر فعالیت‌های نمایشگاهی ستاد توسعه فناوری‌های اتصال پذیری و ارتباطات است.

دبیر این ستاد درباره فعالیت‌های آموزشی و کارگاه‌ها ادامه داد: برگزاری سه دوره رویداد کاشتن برای آینده با عناوین «دنیای شگفت‌انگیز ارتباطات از ژرفای کوانتوم تا ماورای ماهواره‌ها»، «اتصال‌پذیری، ارتباطات و هوش مصنوعی» و «ایران هوشمند و متصل» و حمایت‌های مالی از نهاد‌ها و دانشجویان با موضوعاتی مانند اولین هکاتون  ۵G، دومین هکاتون همراه اول IOT، دوم هکاتون ۵G، برگزاری اولین دوره ASMMasters و مسابقه طراحی و ساخت ماهواره‌های مکعبی Qsat (کیوست) و برگزاری دو دوره آموزشی «امنیت سایبری» از جمله اقدامات آموزشی این ستاد است.

کرباسی در همین راستا اضافه کرد:همچنین، «آشنایی با فناوری‌های نوظهور و مشاغل آینده با عنوان اتصال‌پذیری و ارتباطات نسل جدید»  از دیگر رویداد‌ها و مسابقات و دوره‌های آموزشی  که این ستاد در سال گذشته به انجام رسانده است.

انتهای پیام/