تاثیر شگفت‌انگیز مکانیک کوانتوم در مقیاس کیهانی
مجله علمی ایلیاد - نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین، اغلب به‌عنوان تئوری معتبر فیزیکی در مقیاس نجومی محسوب می‌شود، اما دانشمندن، «کنستانتین باتیگین» می‌گوید که مکانیک کوانتوم می‌تواند تکامل اجرام عظیم موجود در فضا را نیز توصیف کند و این امر واقعاً شگفت‌انگیز خواهد بود. باتیگین در طول تدریس فیزیک سیاره‌ای در کالتچ، مفهوم «قرص‌های اخترفیزیکی» که گاهی اوقات «قرص‌های برافزایشی» نیز نامیده می‌شوند را تشریح نمود. وی گفت که این قرص‌ها عبارتند از حلقه‌های خود گرانشی عظیمی از مواد که بر طبق نظر او در میان بزرگترین اجرام موجود شناخته شده در جهان وجود دارند.
در واقع بر طبق نظر او این نوع قرص‌ها به ظاهر در همه جا شکل می‌گیرند، به ویژه در مدار سیاره‌ای ستارگان که سیستم‌های منظومه‌شمسی را تشکیل می‌دهند و به نوبه‌ی خود سیاه‌چاله‌های اَبَرپُرجرم را در مرکز کهکشانی خود دارند. اما در حالی که این قرص‌ها ممکن است با یک شکل دایره‌ای شروع شوند، با بسط و گسترش خود در طول زمان، می‌توانند موج‌دار شده و پیچ و تاب گیرند و پیچیدگی‌های گسترده‌ای را نشان دهند که هنوز ستاره‌شناسان و اخترفیزیکدانان نمی‌توانند به‌طور دقیق آن‌ها را توضیح دهند.
این کهکشان دور می‌تواند از معادله‌ای که معادله‌ی شرودینگر نامیده می‌شود و نقطه‌ی کانونی ریاضیات مکانیک کوانتومی را تشکیل داده و به نام فیزیکدان اتریشی «اریوین شرودینگر» نام‌گذاری شده، پیروی کند. او متوجه شد که شما نمی‌توانید الکترون‌ها یا اتم‌ها و یا دیگر اجزای فوق‌العاده کوچک جهان را به‌عنوان توپ‌های بیلیاردی توصیف کنید که دقیقاً در زمانی که انتظار دارید، همان جایی که می‌خواهید وجود داشته باشند. در عوض، شما باید فرض کنید که ذرات موقعیت‌هایی دارند که در فضا گسترش یافته‌اند و فقط احتمال اندکی وجود دارد که درست در همان جایی که شما فکر می‌کنید، حضور داشته باشند. این پدیده که در سال ۱۹۲۶ به‌عنوان معادله‌ی شرودینگر معروف شد، حالت ذرات را از نظر تابع موج توصیف می‌کند.
اما با توجه به تحقیقات جدید باتیگین، چیزی در حدود یک قرن بعد، این معادله فقط برای توصیف ذرات به کار گرفته نمی‌شود. در واقع مکان اجرام خیلی بزرگ‌تر نیز ظاهراً می‌تواند توسط این محاسبات کوانتومی تعیین گردد. در حالی که تحقیق در زمینه‌ی فیزیک کوانتومی به‌نام «نظریه آشفتگی» در نظر گرفته می‌شود، می‌توان از طریق این نظریه به محاسبه‌ی نیروهای موجود در تکامل قرص‌های اخترفیزیکی از لحاظ ریاضیاتی پرداخت و به‌علاوه، این نظریه به تحلیل موضوعی می‌پردازد که چگونه این اجرام عظیم به دور این جهان گسترده پیچیده شده‌اند.
.webp)
در این نظریه، قرص‌های برافزایشی می‌توانند به‌عنوان یک‌سری از سیم‌های متحدالمرکز دیده شوند که به آرامی حرکت زاویه‌دار مداری را از میان یکدیگر دنبال می‌کنند. با توجه به ابعاد وسیع و بزرگ این قرص‌ها و میزان قابل‌توجه سیارات، ستاره‌ها، ساختارهای کهکشانی موجود در داخل آن‌ها، می‌تواند بسیار پیچیده باشد و این زمانی است که مدل‌سازی پیچ و تاب شگفت‌انگیزی را نشان خواهد داد.
باتیگین توضیح می‌دهد وقتی که ما این کار را با تمام مواد موجود در یک قرص انجام می‌دهیم، می‌توانیم نتایج بسیار دقیق‌تری را به دست آوریم و این قرص‌ها را به‌عنوان تعداد بیشتری از سیم‌های نازک به هم تابیده شده در نظر بگیریم. او می‌گوید: «در نهایت، شما می‌توانید تعداد سیم‌های موجود در قرص را به تعداد بی‌نهایت تقریبی تقسیم کنید که به شما اجازه می‌دهد تا آن‌ها را به‌صورت ریاضیاتی به شکل یک زنجیره درآورید و هنگامی که من این کار را انجام دادم، معادله شرودینگر در محاسبات من ظاهر شد.»
طبق گفته‌ی باتیگین، پیچیدگی‌های زیادی که سبب تحریف این قرص‌های برافزایشی می‌شود، در طول زمان مشابه ذرات رفتار می‌کنند و نحوه‌ی سازماندهی آن‌ها در قرص را می‌توان به همان ریاضیاتی نسبت داد که «تئوری عدم قطعیت کوانتوم» نامیده می‌شود. باتیگین اذعان داشت که کاربرد معادله‌ی شرودینگر نمی‌تواند به‌عنوان جایگزینی کلی برای شبیه‌سازی‌های پیچیده عددی عمل کند، اما می‌تواند به‌طور معنی‌داری برای ارائه‌ی زمینه‌ی کیفی مناسب، به‌منظور ارائه‌ی نتایج عددی دقیق به‌کار گرفته شود.
با این وجود، تصور اینکه می‌توان از معادله‌ای که برای توصیف رفتار چیزهایی خیلی کوچک که حتی قابل مشاهده نیستند مورد استفاده قرار می‌گیرد، برای توصیف رفتار نیروهای گرانشی بسیار گسترده و دور از دسترس استفاده نمود، واقعاً شگفت‌انگیز است. او اضافه کرد: «این کشف شگفت‌آور است، زیرا معادله‌ی شرودینگر فرمولی غیرمحتمل است که در هنگام نگاه کردن به فاصله‌هایی مبتنی بر نظم سال‌های نوری به‌وجود می‌آید. لذا، امواجی که نشان دهنده‌ی پیچیدگی و نامتقارنی قرص‌های اخترفیزیک هستند، بسیار متفاوت از امواج موجود در رشته‌ی ارتعاشی هستند که چندان متفاوت از حرکت ذره‌ای کوانتومی در یک جعبه نیستند.
نوشته: پیتر داکریل
ترجمه: سهیلا دوست‌پژوه - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: سهیلا دوست‌پژوه - مجله علمی ایلیاد