آیا رویای گمشده اینشتین برای یک نظریه همه‌چیز، سرانجام به حقیقت پیوسته است؟

رویای آلبرت اینشتین برای رسیدن به یک نظریه میدان یکپارچه که تمام نیروهای بنیادین طبیعت را در قالب یک چارچوب زیبا و واحد توضیح دهد، یکی از مقدس‌ترین اهداف فیزیک مدرن بوده است. در دهه‌های پایانی قرن بیستم، بسیاری امید داشتند که نظریه ریسمان این جام مقدس را پیدا کند، اما این نظریه هنوز نتوانسته به وعده‌های بزرگ خود عمل کند. شاید وقت آن رسیده که جامعه علمی یک قدم به عقب برگردد و بپرسد: آیا ما ذرات و نیروهای بنیادی را درست فهمیده‌ایم؟

از همان روزهای نخست که نظریه نسبیت عام جهان را شگفت‌زده کرد، فیزیکدانان بزرگی مانند خود اینشتین و اروین شرودینگر تلاش کردند تا گرانش و الکترومغناطیس را با هم آشتی دهند. آن‌ها حس می‌کردند این دو نیرو، که بر جهان ما حکمرانی می‌کنند، باید دو جلوه از یک حقیقت عمیق‌تر باشند. تلاش‌های زیادی در قرن بیستم انجام شد، از جمله کارهای برجسته هرمان وایل، اما هیچ‌کدام به یک نظریه کامل و پذیرفته‌شده نرسید. حتی شرودینگر، یکی از پدران مکانیک کوانتومی، در دهه ۱۹۴۰ نظریه میدان یکپارچه خود را مطرح کرد، اما آن هم به سرانجام نرسید.  

اینشتین نیز تا آخرین روزهای زندگی‌اش در سال ۱۹۵۵ دست از این رویا برنداشت، اما هرگز موفق نشد آن را تکمیل کند. پس از او، نظریه ریسمان به‌عنوان امید تازه‌ای برای نظریه‌ی همه‌چیز مطرح شد، اما آن هم نتوانست انتظارات را برآورده کند.  

حالا گروهی از پژوهشگران فنلاندی می‌گویند شاید کلید این معما در جای دیگری پنهان بوده باشد: در هندسه‌ی خودِ فضا-زمان.  

هندسه‌ای که نیروها را یکی می‌کند

ایده‌ی اصلی ساده اما انقلابی است: همان‌طور که گرانش در نسبیت عام خمیدگی فضا-زمان است، الکترومغناطیس هم چیزی جدا از آن نیست؛ بلکه خودش نوعی فشردگی و موج در بافت فضا-زمان است. در این نگاه، بار الکتریکی دیگر یک چیز مستقل نیست، بلکه نشانه‌ای از فشردگی موضعی فضا-زمان است.  

این ایده ریشه در کارهای هرمان وایل در سال ۱۹۱۸ دارد. او هندسه‌ای معرفی کرد که در آن طول‌ها ویژگی‌های محلی فضا-زمان‌اند. پژوهشگران امروز همان مسیر را ادامه داده‌اند و با ترکیب آن با ریاضیات نوین، به مدلی رسیده‌اند که هم گرانش و هم الکترومغناطیس را در یک چارچوب هندسی توضیح می‌دهد.  

معادلات تازه برای نیرویی آشنا

در این مدل، معادلات ماکسول – ستون فقرات الکترومغناطیس کلاسیک – دیگر خطی نیستند. آن‌ها به شکل غیرخطی و پیچیده‌تری ظاهر می‌شوند که در حالت خاص دوباره همان معادلات شناخته‌شده‌ی ماکسول را بازتولید می‌کنند. این یعنی الکترومغناطیس کلاسیک تنها یک حالت ساده‌شده از یک هندسه‌ی عمیق‌تر است.  

بار الکتریکی؛ فشردگی فضا-زمان

یکی از نتایج جالب این نظریه این است که بار الکتریکی چیزی جز فشردگی موضعی فضا-زمان نیست. همان‌طور که در نسبیت عام مسیر حرکت اجسام توسط خمیدگی فضا-زمان تعیین می‌شود، در این نظریه هم نیروی لورنتس (نیرویی که بر ذرات باردار وارد می‌شود) چیزی جز حرکت ذره روی ژئودزیک‌های این هندسه‌ی تازه نیست.  

نور؛ موجی در تار و پود جهان

این مدل حتی نور و تابش الکترومغناطیسی را هم بازتعریف می‌کند: نه به‌عنوان میدان‌هایی خارجی، بلکه به‌عنوان نوسان‌های خود فضا-زمان. به زبان ساده، جهان ما خودش می‌لرزد و آن لرزش همان چیزی است که ما به‌صورت نور و امواج الکترومغناطیسی می‌بینیم.  

از اتر تا فضا-زمان

اینشتین زمانی گفته بود که اگر چیزی به نام «اتر» وجود داشته باشد، همان فضا-زمان است. حالا این پژوهشگران می‌گویند یافته‌هایشان نشان می‌دهد او بی‌راه نمی‌گفت. در این نگاه، بار الکتریکی، میدان‌ها و حتی اثر شگفت‌انگیز آهارونوف–بوم (که نشان می‌دهد پتانسیل‌ها می‌توانند حتی در غیاب میدان مستقیم بر ذرات اثر بگذارند) همه از دل هندسه‌ی فضا-زمان بیرون می‌آیند.  

نوسان‌های کوانتومی در مقیاس پلانک

این مدل پیش‌بینی می‌کند که در کوچک‌ترین مقیاس‌های ممکن – مقیاس پلانک – فضا-زمان دچار نوسان‌های ریز می‌شود. این نوسان‌ها می‌توانند باعث پیدایش و نابودی تصادفی بارهای الکتریکی شوند. اگر این پیش‌بینی درست باشد، شاید سرنخی برای پیوند میان نسبیت و مکانیک کوانتومی به دست آمده باشد.  

گامی تازه، نه پایان راه

البته این نظریه هنوز نظریه‌ی همه‌چیز نیست. اما بی‌تردید یکی از زیباترین و هندسی‌ترین توصیف‌هایی است که تاکنون از الکترومغناطیس ارائه شده. شاید بتوان گفت این کار، نزدیک‌ترین تحقق رؤیای ناتمام اینشتین است؛ رؤیایی که حالا دوباره جان گرفته است.  

phys.org