گردآورنده: شهرام خبیر
فضا – زمان – حرکت
شروع پیکان زمان | وحدت فیزیک
همچنانکه قبلا توضیح دادم، ساختن نظریه ای کامل و یکپارچه که یکضرب همۀ کائنات را در برگیرد، کاری است بس دشوار، بنابراین بجای اینکار، پیشرفت بشر از طریق یافتن تئوریهای «پاره ای» که : رویدادهای «محدودی» را توصیف می کنند و صرف نظر کردن از دیگر تأثیرات یا گذاشتن اعداد تقریبی معینی بجای آنها، انجام گرفته است. (مثلاً در شیمی اجازه داریم کنش و واکنش های اتمها را بدون آگاهی از ساختمان داخلی هسته اتم، محاسبه نمائیم.) اما امیدواریم در نهایت بتوانیم به نظریه ای کامل، سازگار و یکپارچه دست یازیم که همه این تئوریهای پاره ای را بعنوان: تقریب هایی در برداشته باشد و برای جور درآمدن با واقعیات، نیازی به برخی اعداد دلخواه در نظریه نداشته باشد. جستجوی چنین نظریه ای «وحدت و یکپارچگی فیزیک» نام گرفته است.
انشتین بیشتر سالهای پایانی عمرش را با جستجوی ناموفق همین نظریه سپری کرد، اما شرائط آن زمان مساعد نبود: هر چند نظریه های «پاره ای» مربوط به گرانش و نیروی الکترومغناطیسی موجود بود، اما آگاهی اندکی درباره نیروهای «هسته ای» وجود داشت. ازین گذشته انشتین، برغم آنکه نقش برجسته ای در تکامل مکانیک کوانتوم بازی کرده بود، از پذیرش واقعیت این علم سر باز زد. با اینحال به نظر می رسد که اصل «عدم قطعیت»، وجه «بنیادین» جهان است و یک نظریه «یکپارچگی» موفق باید ضرورتاً این اصل را در بر داشته باشد. همانطور که توضیح خواهم داد: چشم انداز یافتن چنین نظریه ای، بسیار روشن تر شده است زیرا دانش ما از گیتی بسیار گسترش یافته است. اما زنهار از غرور، زنهار از سرابهای دروغین، که برای ما نا آشنا و غیر مترقبه هم نیستند.! مثلاً در آغاز این سده می پنداشتند که: خواص ماده پیوسته، قادر است همه چیز، از جمله کشسانی و رسانش حرارت، را توضیح دهد. کشف ساختمان اتم و اصل عدم قطعیت، بطور قطع پایان بخش این نظریه بود. باز در سال ۱۹۲۸، –ماکس برن، فیزیکدان و برنده جایزه نوبل، به گروهی از بازدید کنندگان از دانشگاه – گوتینگن، اظهار داشت: «فیزیکی که ما می شناسیم، ظرف شش ماه آینده خاتمه می یابد». اطمینان او ناشی از کشف «معادلۀ حاکم بر الکترون» توسط – دیراک، بود. فکر می کردند که: معادله مشابهی نیز بر« پروتون» که تنها ذره دیگر شناخته شده در آن زمان بود، حاکم است، و این پایان فیزیک نظری است. اما کشف «نوترون» و نیروهای هسته ای نیز، بی پایگی این باور را بر ملا ساخت. با اینهمه، هنوز فکر می کنم زمینه هایی برای خوش بینی محتاطانه در مورد نزدیک شدن احتمالی به پایان جستجوی قوانین نهایی طبیعت، وجود دارد. در فصلهای پیشین به توصیف نسبیت عام، نظریه «پاره ای» گرانش و نیز نظریه های «پاره ای» که بر نیروهای ضعیف، قوی، و الکترومغناطیسی حاکمند، پرداختیم. سه نظریه آخر را می توان در تئوریهایی که به تئوریهایی («بزرگ یکپارچگی» GUT) معروفند، متحد ساخت. این تئوریها چندان رضایت بخش نیستند زیرا شامل گرانش نمی شوند و تعدادی کمیت، نظیر جرمهای نسبی ذرات مختلف، در بردارند که بوسیله تئوری پیش بینی نشده، و باید به نحوی برگزیده شوند که با مشاهده وفق دهند.
مشکل اصلی: دریافتن نظریه ای که «گرانش » را با دیگر نیروها متحد سازد، آنستکه : نسبیت عام نظریه ای «کلاسیک» است؛ یعنی: اصل «عدم قطعیت» مکانیک «کوانتوم» را در خود جای نداده است. از دیگر سو، بقیه تئوریهای پاره ای، بگونه ای بنیادین به مکانیک کوانتوم وابسته اند. بنابراین نخستین گام ضروری، عبارت است از: اتحاد «نسبیت عام» با اصل «عدم قطعیت». همانطور که دیدیم، این کار پیآمدهای شایان توجه چندی داشت، نظیر آنکه: حفره های سیاه، چندان «سیاه »هم نیستند، و جهان فاقد «تکینگی» است؛ اما کاملاً «خود گنجا» می باشد و کرانه ای ندارد. مشکل آنجاست که همانطور که قبلا گفتیم: طبق اصل عدم قطعیت، حتی «فضای تهی» نیز پر از جفتهای «ذرات» و «پاد ذرات مجازی»است. این جفتها دارای انژری نامتناهی اند و بنابراین: بنابر معادله معروف انشتین E=mc، جرمشان نیز نامتناهی است. ازینرو جاذبه گرانشی شان جهان را چنان خم خواهد کرد که اندازه اش بی نهایت کوچک شود. بی نهایت های «بی معنی» مشابهی در دیگر نظریه های پاره ای نیز رخ می دهد؛ اما در همه اینها، به کمک فرایندی به نام «باز بهنجارش»، بی نهایت ها حذف می شوند. در این فرایند برای حذف بی نهایت ها، بی نهایت های دیگری وارد می شوند. هر چند این تکنیک از نظر ریاضی تا حدی مشکوک بنظر می رسد، اما در عمل مؤثر بوده و در این تئوریها بکار رفته است، و پیش بینیهایی انجام داده که با دقت فوق العاده زیادی با مشاهدات ما مطابقت دارد. اما«بازبهنجارش » از نقطه نظر تلاش برای یافتن نظریه ای کامل، دارای نقصی جدی است زیرا به معنای آنست که مقادیر واقعی جرم و قدرت نیروها را نمی توان با نظریه پیش بینی نمود، بلکه باید بنحوی انتخاب شوند که: با مشاهدات جور در بیایند. در تلاش برای گنجاندن اصل عدم قطعیت در دل نسبیت عام، تنها دو کمیت وجود دارند که می توانند مطابقت داده شوند: قدرت «گرانش » و مقدار «ثابت کیهانی»، اما تطبیق اینها برای از میان برداشتن همه بی نهایت ها کافی نیست. بنابراین تئوری ای در دست داریم که پیش بینی میکند برخی کمیت ها از قبیل انحنای فضا – زمان براستی نامتناهی اند، با این وجود، می توان این کمیتها را مشاهده کرد و اندازه گرفت و مطمئن شد که کاملاً متناهی اند.! این مسئله در راه وحدت نسبیت عام و اصل عدم قطعیت برای مدتی مورد تردید و شک واقع شد، اما سرانجام در سال ۱۹۷۲، محاسبات مفصل آنرا تأیید نمود. چهار سال، بعد یک راه حل ممکن مطرح گردید بنام ابر گرانش».
اما آیا براستی چنین نظریه یکپارچه ای می تواند وجود داشته باشد؟ یا آنکه شاید بدنبال سراب هستیم؟ به نظر می رسد سه امکان وجود داشته باشد:
۱. براستی، نظریه «کامل یکپارچه ای» وجود دارد که اگر به انداره کافی هوشیار باشیم، سرانجام روزی کشف خواهد شد.
۲. نظریه نهایی ای از جهان یافت نمی شود و تنها «رشته ای» از نظریه ها که: جهان را دقیق و دقیقتر توصیف می کنند وجود دارند.
۳. نظریه ای در باب توصیف جهان وجود ندارد: رویدادها را فراتر از حد و دامنه ای معین نمی توان پیش بینی نمود، بلکه آنها بگونه ای «صادفی و دلخواه» رخ می دهند.
بعضی ها به طرفداری از امکان سوم استدلال میکنند که: اگر مجموعه کاملی از قوانین وجود داشته باشد، آزادی خداوند را برای تغییر عقیده و دخالت در جهان نقض می کند. این موضوع تا حدی شبیه پارادوکس قدیمی زیر است: آیا خداوند قادر است سنگی چنان سنگین بسازد که خود نتواند آن را بلند کند؟ اما اینکه پروردگار بخواهد نظرش را تغییر دهد، نمونه ایست از مغالطه ای که – آگوستین قدیس، متذکر شد و به آن پاسخ گفت: تصور وجود خداوند در زمان. حال آنکه زمان تنها خاصیتی از جهان است که خداوند آفریده است. قطعاً او به هنگام آفرینش از قصد و هدف خود بخوبی آگاه بوده است!
با ظهور مکانیک کوانتوم، متقاعد شده ایم که: رویدادها را نمی توان با دقت کامل پیش بینی نمود بلکه همواره درجه ای از عدم قطعیت وجود دارد. اگر بخواهیم می توانیم این تصادفی بودن را به مداخله کردگار نسبت دهیم، اما این مداخله قدری عجیب به نظر میرسد، زیرا مدرک و گواهی در دست نیست که حاکی از مقصودی برای آن باشد. اگر مدرکی داشتیم، دیگر طبق تعریف تصادفی نبود. در عصر جدید با تعریف دوباره هدف علم، بطور موثری، امکان سوم بالا رد شده است. هدف علم عبارتست از: «تدوین و فرمولبندی» مجموعه «قوانینی» که رویدادها را تنها در «محدوده ای»که اصل «عدم قطعیت» وضع نموده است، پیش بینی نماید. امکان دوم که می گوید: رشته ای نامتناهی از نظریه های بیش از پیش دقیقتر و بهتر وجود دارد، تاکنون با تمام تجربیات ما سازگار بوده است.
ادامه دارد…
