۸٫۹ تنها تصویری که در آن گرانش برابر با زمان‌ـ‌مکانِ خمیده دانسته می‌شود

خانه ／ ۸ نظریهٔ ریسه‌های انرژی و چالشِ نظریه‌های پارادایمی

هدف در سه گام

در این بخش نشان می‌دهیم چرا همسان‌انگاری گرانش با زمان‌ـ‌مکانِ خمیده سال‌ها الگوی غالب بوده است، این تصویر در مقیاس‌ها و ابزارهای رصدی گوناگون کجا دچار لغزش می‌شود، و چگونه نظریهٔ خیو‌طِ انرژی، خمیدگی را به یک نمودِ کارکردی فرومی‌نشاند و علت را به ساختارِ تانسوریِ دریای انرژی و پاسخِ آماریِ آن بازمی‌گرداند که در قالب گرانشِ تانسوریِ آماری صورت‌بندی می‌شود. همچنین نشانه‌های میان‌ابزاریِ قابلِ آزمون را فهرست می‌کنیم.

نخست منظورِ الگوی رایج چیست

۱. ادعای محوری
ماده و انرژی می‌گویند زمان‌ـ‌مکان چگونه خم شود و زمان‌ـ‌مکانِ خمیده مسیرِ حرکتِ اجسام را تعیین می‌کند. گرانش یک نیرو نیست بلکه هندسه است. سقوطِ آزاد از ژئودزیک پیروی می‌کند، نور در هندسهٔ خمیده منحرف می‌شود و ساعت‌ها در ترازهای متفاوتِ پتانسیل با آهنگ‌های متفاوت کار می‌کنند که در انتقال به سرخ نمود می‌یابد. یک مجموعهٔ واحد از معادلاتِ میدان از مدارهای سیاره‌ای تا سیاه‌چاله و پس‌زمینهٔ کیهانی به کار می‌رود.

۲. دلایلِ مقبولیت

• یگانگیِ مفهومی که پدیده‌های گرانشیِ متعدد را در زبانی واحد یعنی هندسه و ژئودزیک گرد می‌آورد.
• پشتیبانیِ رصدیِ نیرومند در مقیاس‌های نزدیک و میدان‌های قوی مانند پیشرویِ حضیضِ عطارد، انتقال به سرخِ گرانشی، تأخیرِ پژواکِ راداری و رصدِ امواجِ گرانشی.
• سامانهٔ ریاضی و عددیِ پخته که امکانِ استخراج‌ها و محاسباتِ سخت‌گیرانه را فراهم می‌کند.

۳. خوانشِ درست
این تصویر روایتی هندسی است که مشاهداتِ گرانشی را با شکل و فرگشتِ متر تبیین می‌کند. با این همه برای توضیحِ کششِ افزوده مانند منحنی‌های چرخشِ کهکشانی و کمبودِ جرم در عدسیِ گرانشی و نیز شتابِ دیرهنگام، معمولاً مؤلفه‌های بیرون از هندسه مانند مادهٔ تاریک و ثابتِ کیهانیِ لامبدا افزوده می‌شود.

دوم دشواری‌های رصدی و میدان‌های اختلاف

۱. وابستگی به وصله‌کاری
برای یکپارچه‌سازیِ مقیاسِ کهکشانی با مقیاسِ کیهانی اغلب افزودنی‌هایی لازم است. مادهٔ تاریک برای جبرانِ کششِ کم و لامبدا برای شتاب به کار می‌رود. خودِ هندسه خاستگاهِ ریزفیزیکیِ این مؤلفه‌ها را ارائه نمی‌کند.

۲. ناهماهنگی‌های ظریف میانِ مسافت و رشد و نیز عدسی و دینامیک
برآوردِ پس‌زمینه از طریقِ ابزارهای مسافتی گاهی اندکی با دامنه یا نرخِ رشد که از عدسیِ ضعیف و شمارشِ خوشه‌ها یا کژی‌های فضایِ انتقال به سرخ به دست می‌آید ناهمساز می‌شود. افزون بر این در برخی منظومه‌ها جرمِ ناشی از عدسی با جرمِ دینامیکی به گونه‌ای وابسته به مقیاس تفاوت دارد و برای همسازسازی از بازخور یا جمله‌های محیطی بهره می‌گیرند.

۳. قانون‌مندی‌های بیش از حد منظم در مقیاس‌های کوچک
منحنی‌های چرخش و نسبتِ شتابِ شعاعی نشان می‌دهد مادهٔ مرئی و کششِ افزوده به شکلی تنگاتنگ هم‌مقیاس می‌شوند. هندسه می‌تواند نتیجه را در خود جای دهد اما این میزان انتظام معمولاً با بازخورِ تجربی توضیح داده می‌شود نه با اصولِ نخستین.

۴. ابهام در حسابداریِ انرژی
در زبانِ هندسه تعریفِ یکتا و موضعی و مستقل از دستگاهِ مختصات برای انرژیِ میدانِ گرانشی در دسترس نیست. این موضوع پرسش‌های طبیعی بودن را تیزتر می‌کند از جمله این که چرا شتاب رخ می‌دهد و اندازهٔ لامبدا چقدر است.

جمع‌بندی کوتاه
برابر دانستنِ گرانش با خمیدگی در میدان‌های محلی و قوی بسیار موفق است؛ اما هنگامی که کششِ افزوده، شتابِ دیرهنگام، همخوانیِ میان‌ابزاری و قانون‌های دقیقِ مقیاسِ کوچک را با هم بطلبیم، تکیه بر هندسهٔ صرف معمولاً به وصله‌های بسیار نیازمند می‌شود.

سوم بازگفت به زبانِ نظریهٔ خیو‌طِ انرژی و آنچه خواننده احساس می‌کند

چکیده در یک جمله
خمیدگی را به نمودِ کارکردی فرومی‌نشانیم و علت را در ساختارِ تانسوریِ دریای انرژی و پاسخِ آماریِ آن جای می‌دهیم.

• گرانشِ تانسوریِ آماری کششِ افزوده را بر عهده می‌گیرد.
• انتقال به سرخ با برهم‌نهیِ کمونِ تانسوری و جابه‌جاییِ مسیر که با فرگشت دگرگون می‌شود توضیح داده می‌شود و در این فصل از اندیشهٔ انبساطِ متر استفاده نمی‌کنیم.
• یک نقشهٔ پایهٔ یگانه از کمونِ تانسوری باید هم‌زمان عدسی و دینامیک و باقیمانده‌های مسافت و رشدِ ساختار را مقید کند.

تمثیلِ شهودی
جهان را سطحی کشیده در نظر بگیریم که خیو‌طِ انرژی پستی و بلندیِ آن را می‌سازند. هندسهٔ خمیده همانند نقشهٔ منحنی‌های هم‌ارتفاع سودمند است اما علت نیست. آنچه مسیرِ کشتی‌ها و راهِ موج‌ها را عوض می‌کند تنش و شیبِ تنش بر فرازِ ریختارِ تانسوری است. هندسه نمود است و تانسور نیروی محرک.

سه نکتهٔ کلیدی در بازگفت

۱. تنزلِ جایگاه هندسه به عنوان نمودِ مرتبهٔ صفر
سقوطِ آزاد و خمیدگیِ نور را می‌توان با مترِ کارکردی توصیف کرد، اما چراییِ پدیده را با ریختارِ تانسوری و خط‌های جریان توضیح می‌دهیم. آزمون‌های میدانِ نزدیک و قوی همچنان کرانه‌های پاسخِ تانسوری به شمار می‌آیند.

۲. کششِ افزوده برابر با پاسخِ آماری
در کهکشان‌ها و خوشه‌ها کششِ نادیدنی از گرانشِ تانسوریِ آماری برمی‌خیزد. با تثبیتِ توزیعِ مرئی، یک هستهٔ تانسوریِ یگانه کششِ لبه‌های قرص و همگراییِ عدسی را پدید می‌آورد و نیازی به داربستِ ذره‌های تاریک نیست.

۳. یک نقشه برای همه نه وصله‌های پراکنده
همان نقشهٔ پایه باید به صورت هم‌زمان باقیمانده‌های منحنیِ چرخش و کمبودِ دامنه در عدسیِ ضعیف و لغزش‌های بسیار کوچک در اختلافِ زمانِ عدسیِ قوی و سوگیری‌های جهت‌مندِ کوچک در مسافت‌ها را کاهش دهد. اگر هر مجموعهٔ داده به نقشهٔ وصله‌ای جداگانه نیاز داشته باشد ادعای یکپارچگی پشتیبانی نمی‌شود.

نشانه‌های قابلِ آزمون چند نمونه

• هم‌سوییِ عدسی و دینامیک در یک هدف، جایی که نقشهٔ همگرایی با باقیمانده‌های میدانِ سرعت در فضا هم‌جهت می‌شود و یک جهتِ میدانِ بیرونی آن را توضیح می‌دهد.
• یک هسته و چند منظومه، زیرا هستهٔ تانسوریِ یگانه میانِ کهکشان‌ها قابلِ انتقال است و پارامترهایی که منحنی‌های چرخش را وفق می‌دهند با تنظیمی اندک باقیمانده‌های عدسیِ ضعیف را نیز کم می‌کنند.
• ریزتفاوت‌ها میانِ چند تصویر در عدسیِ قوی، زیرا باقیمانده‌های اختلافِ زمان با تفاوت‌های بسیار کوچک در انتقال به سرخ هم‌بسته می‌شود و مسیرها ریختارِ تانسوریِ دگرگون‌شونده را به شیوه‌هایی متفاوت می‌شکافند.
• همسازیِ جهتی در سوگیری‌های مسافت، چرا که باقیمانده‌های ابرنواخترهای گونهٔ یک و نوسان‌های آکوستیکیِ باریون سوگیریِ خفیفی به سوی جهتی ترجیحی نشان می‌دهند که با جهتِ استخراج‌شده از جفتِ عدسی و دینامیک سازگار است.

برای خواننده چه عوض می‌شود

• در سطحِ دید، خمیدگی دیگر یگانه واقعیتِ گرانش نیست بلکه تصویری از پویاییِ تانسوری است. هندسه سودمند است اما علت به شمار نمی‌آید.
• در سطحِ روش، وصله بر هر مجموعهٔ داده را با تصویرسازیِ باقیمانده‌ها جایگزین می‌کنیم و عدسی و دینامیک و مسافت را با یک نقشهٔ پایه هم‌راستا می‌سازیم.
• در سطحِ انتظار، به جای دوختنِ پدیده‌های ناهمگون با چند پارامترِ کلان، به الگوهای ریزِ هم‌جهت و هم‌نقشه و کم‌پراکندگی چشم می‌دوزیم.

روشن‌سازیِ کوتاه دربارهٔ بدفهمی‌های رایج

• آیا نظریهٔ خیو‌طِ انرژی نظریهٔ نسبیتِ عام را نفی می‌کند چنین نیست. در میدان‌های محلی و قوی نمودهای موفقِ آن را بازتولید می‌کند و تفاوت در جای‌گذاریِ علت است که به پاسخِ تانسوری نسبت داده می‌شود و هندسه را توصیفی کارکردی می‌داند.
• آیا سقوطِ آزاد و اصلِ هم‌ارزی همچنان برقرار است آری در مرتبهٔ صفر برقرار است زیرا ساختارِ تانسوری در ناحیهٔ محلی تقریباً همگن است و خط‌های جهانی کمابیش ژئودزیک‌اند. در مرتبه‌های بالاتر نیز جمله‌های محیطیِ بسیار ضعیف اما آزمون‌پذیر می‌توانند پدیدار شوند.
• سرنوشتِ امواجِ گرانشی چیست آنها را موج‌های تانسوریِ منتشرشونده در دریای انرژی در نظر می‌گیریم. در حدودِ دقتِ کنونی، کرانه‌های سرعتِ انتشار و قطبش‌های چیره با مشاهدات سازگار است و هر تفاوتِ ریز اگر رخ دهد انتظار می‌رود با جهت‌گیریِ نقشهٔ پایهٔ تانسوری هم‌بستگیِ اندکی داشته باشد.
• آیا سیاه‌چاله‌ها یا پدیدهٔ عدسی منتفی می‌شوند هرگز. هر دو جلوه‌هایی از پاسخِ قوی می‌مانند و امتیازِ این بازگفت آن است که میدانِ بیرونی و باقیمانده‌های پیرامونِ آنها با همان نقشهٔ کمونِ تانسوری توأمان تبیین می‌شود.

خلاصهٔ بخش

برابر دانستنِ گرانش با خمیدگی دستاوردی بزرگ در هندسه است، اما اگر این تصویر یگانه تلقی شود، توضیحِ هم‌زمانِ کششِ افزوده و شتابِ دیرهنگام و ناهمخوانی‌های ریزِ میان‌ابزاری و قوانینِ سختِ مقیاسِ کوچک بدون وصله‌های بسیار دشوار خواهد بود. نظریهٔ خیو‌طِ انرژی خمیدگی را به نمود فرو می‌کاهد و علت را به ساختارِ تانسوریِ دریای انرژی و پاسخِ آماریِ آن بازمی‌گرداند و می‌طلبد یک نقشهٔ پایهٔ یگانه از کمونِ تانسوری باقیمانده‌ها را در سراسرِ ابزارها همسو کند تا با فروضِ کمتر و امکانِ آزمونِ بیشتر، روشنیِ هندسه نیز حفظ شود.