نظريه همه چيز
گزيده
و خلاصه شده
از كتاب طرح
بزرگ
نوشته
استيون
هاوكينگ و
لئونارد
ملودينو ترجمه
سارا ايزد بار
و علي هاديان
انتشارات
مازيار چاپ اول 1390
غير قلبل
فهم ترين چيز
در مورد
جهان اين است
كه
جهان قابل درك
است . آلبرت انشتين
جهان
قابل فهم است
، چون قوانين
علمي بر آن حاكم
است. بدين
معني كه
ميتوان آن را
مدلسازي كرد.
اما اين
قوانين يا
مدلها چيستند
؟ اولين
نيرويي كه به
زبان رياضي
توصيف شد گرانش
بود . قانون
گرانش نيوتن
كه در سال 1687 منتشر
شد بيان ميكند
كه هر جسمي در
جهان
توسط جسم
ديگري
با نيرويي
متناسب با
جرمش جذب
ميشود . اين
امر تاثير
شگرفي بر حيات فكري
دوران خود
گذاشت
چون براي
اولين بار
نشان ميداد كه
دست كم يكجنبه
از جهان را ميتوان
به دقت
مدلسازي كرد .
به علاوه
دستگاه رياضي
مورد نياز
براي چنين
كاري را بنا
نهاد . اين
ايده كه در
طبيعت قوانين وجود دارند همان
مسائلي را
مطرح كرد كه
پنجاه سال بعد
منجر به حكم
ارتداد
گاليله شد . به
عنوان نمونه انجيل
در داستان يوشع
پيامبر نقل
ميكند كه او
دعا كرد
خورشيد
غروب نكند تا
با افزايش طول
روز فرصت كافي
براي جنگ باشدو
چنين هم ميشود
و خورشيد يك روز
بيشتر آن بالا
ميماند .
امروزه
ميدانيم كه
اگر چرخش زمين
به دور خود ناگهان
متوقف شود ،
مطابق قوانين
نيوتن هر جسمي
كه به زمين
محكم بسته
نشده باد با سرعت
1800 د كيلومتر
درساعت
به فضا ميرود
!! البته
نيوتن به هيچ
وجه خودش را
براي چنين
موضوعاتي
ناراحت
نميكرد
چون او نيز معتقد
بود كه خدا
ميتواند و
بايد كه
در كار جهان
مداخله كند .
جنبه
ديگري از جهان
كه برايش
قانون و مدلي
كشف شد
نيروهاي
الكترو
مغناطيسي
بودند . آنها
همانند جاذبه
رفتار
ميكنند
با اين تفاوت
كه دو بار
الكتريكي
همنام يا دو قطب
مغناطيسي
همنام يكديگر
را دفع ميكنند و
بارهاي مخالف
يكديگر را جذب
ميكنند . .... بعد
معلوم شد
چنانچه جريان
الكتريكي سبب
ايجاد ميدان
مغناطيسي
ميشود
ميدان مغناطيسي
هم ميتواند
سبب جريان
الكتريكي شود
.......در سال 1860 مكسول
رابطه بين
الكترو
مغناطيس و نور
را را
توضيح داد .
مكسول
نيروهاي
الكتريكي و
مغناطيس را
يكپارچه كرده
بود . و نشان
داد كه ميدان
مغناطيسي
ميتواتد در
فضا چون موج
منتشر شود . و
در كمال تعجب
سرعت انتشار آنها
برابر با سرعت
نور بود
كه در آن سالها
با دقت يك
درصد اندازه
گيري شده بود .
او كشف كرد كه
نور يك
موج الكترو
مغناطيسي است
. ......اما صحبت از
سرعت بدون
مرجعي براي آن
بي معني است . در
زندگي
معمولي به
اين موضوع
توجه نميكنيم
. سرعت
اتوموبيل يعني نسبت به جاده
سنجيده ميشود
و نه مركز
كهكشان راه
شيري اما حتي
در زندگي
روزمره هم
گاهي لازم است
مرجعي را به
حساب بياوريم
مثلا اگر با
يك فنجان چاي
در راهروي يك
هواپيماي در
حال پرواز قدم
بزنيم، از نظر
خودمان
سرعتمان سه
كيلومتر در
سلاعت است اما
اگر فكر
ميكنيد كه حق
با شماست از يك
ناظر زميني
بپرسيد كه
سرعت شما را
چقدر محاسبه
ميكند .
او آن را 900 كيلومتر
در ساعت
ميبيند . و در
همين حال هم
يك ناظر در يك
سياره مجاور ميگويد
سرعت شما 30
كيلومتر در
ثانيه
ميباشد . ... پس
طبيعي است كه
در مورد نور
بپرسيم
نسبت به چه ؟...مدتها
تصور ميشد
ماده اي به
نام اتر در
فضا وجود دارد
كه همه جا را
پر كرده است (
ارسطو اين را
ابداع كرد ) ...
اگر در هوا به
سمت يك موج
صوتي حركت كنيد
آن موج زودتر
به شما ميرسد
و و اگر از آن
بگريزيد ، دير
تر پس
اگر اتر وجود
داشته باشد سرعت
نور بايد به حركت
شما در اتر
بستگي داشته
باشد .
ماكسول
آزمايشي
پيشنهاد كرد
كه اگر اتر
وجود داشته
باشد بايد زمين در
مدار حركت خود
از آن بگذرد و
بايد وقتي جهت
حركت زمين در مدار
خود در
ماهي مانند
فروردين با
تير
فرق ميكند سرعت
نور هم اندكي
تغيير كند .
..پساز مرگ او
در 48 سالگي در
اثر سرطان
معده دو
فيزيكدان آمريكايي
اين آزمايش را
ترتيب دادند و با كمال
تعجب مشاهده
كردند كه سرعت
نور در هر دو
جهت يكي است . .....انشتين
در سال 1905
در بيست و شش
سالگي اين فرض
ساده را مطرح
كرد كه قوانين
فيزيك و بويژه
سرعت نور بايد
براي همه
ناظراني كه
حركت يكنواخت
دارند ، يكسان
باشد .اين
ايده انقلابي
در فهم ما از
فضا و زمان
پديد آورد . براي
درك اين پديده
، دو رويداد
مختلف را در
يك هواپيماي
جت تصور كنيد كه در
مكاني مشابه و
زماني متفاوت
رخ ميدهند براي
ناظر درون جت
فاصله بين دو
رويداد صفر است
. ولي براي
ناظر روي زمين
به اندازه اي
كه جت در اين
مدت حركت كرده
است ، فاصله
وجود دارد .
يعني بين دو
ناظر كه نسبت
به هم حركت ميكنند
در مورد فاصله
مكاني
بين دو
رويداد توافق
وجود ندارد
حال فرض كنيد
كه دو ناظر
پرتو نوري را
در حال حركت
از
انتهاي جت به
سمت جلو ي آن ،
مشاهده كنند
.در اينجا دو
ناظر در مورد مافتي كه نور از لحظه
حركت
تا رسيدن به جلوي
هواپيما
پيموده توافق
ندارند .
چون سرعت
برابر است با فاصله
پيموده شده
تقسيم بر
زمان
حركت .
پس اگر آن دو
ناظر
هر دو سرعت حركت
نور
را
يكسان
بدانند ، در
مورد مدت زمان
بين شروع و
خاتمه حركت
توافق نخواهند
داشت .
هر دو ناظر يك
واقعيت فيزيكي
را مشاهده
ميكنند ولي
عجيب است كه
زمانهاي
متفاوتي را
اندازه
ميگيرند .
نتيجه گيري منطقي
اما شگفت
انگيز انشتين
اين بود كه
اندازه گيري
زماني بين دو
رويداد
درست مانند
فاصله مكان ،
بستگي به ناظر
دارد (
نسبيت خاص )...........بر
طبق قوانين
نيوتن
اشيايي
مانند گلوله
توپ يا سيارات
در مسير
مستقيم حركت
ميكنند مگر
اينكه تحت
تاثير نيرويي
مانند گرانش
قرار گيرند .
اما گرانش در
نظر انشتين
مطابق نيروهاي
ديگر نيست بلكه پيامد
اين حقيقت است
كه جرم ،
"
فضا-زمان "
را
خميده
ميكند . در
نظريه انشتين
اشيا ء بر روي
كوتاه ترين مسير
حركت
بين دو نقطه
حركت ميكنند .
كه در يك صفحه تخت يك
خط مستقيم است
اما بر روي يك
كره
دايره
عظيميه
ميباشد .
در غياب ماده كوتاه
ترين فاصله
مسير در
فضا-زمان مشابه چهار
بعدي
خط مستقيم در
فضاي سه بعدي است . اما
در حضور ماده فضا -
زمان
خميده
ميشوند
و مسير اجرام در فضاي
سه بعدي به
همان گونه اي
انحنا ميابد
كه در نظريه
نيوتن به صورت
جاذبه گرانش
توصيف ميشود .
....نسبيت
عام
انشتين در غياب
گرانش ،
مجددا
نسبيت خاص را
توليد ميكند .
و تقريبا همان
پيش گويي هاي
نظريه گرانش
نيوتن
در محيط هاي
با گرانش ضعيف
منظومه شمسي ما را
تكرار ميكند اگر
سيستم هاي
ماهواره اي GPS
نسبيت عام را
در نظر
نگيرند
ميزان
خطاهاي
انباشته شده
در روز به
دهها كيلومتر
خواهد رسيد . ............ايده
انشتين با قوه
درك مستقيم ما
تناقض دارد زيرا در
سرعتهاي
معمولي
زندگي عادي
ما اثرات آن
قابل تشخيص نيست
اما آزمايشات
گوناگون
درستي آنها را
ثابت كرده است
. به عنوان
مثال با قرار
دادن دو ساعت
اتمي كاملا
مشابه و دقيق يكي در
روي زمين و
ديگري در يك
هواپيماي جت
مشخص شد كه
ساعت درون هواپيما
از ساعت روي
زمين
عملا كند تر
كار ميكند ( در
حركت به جهت
غرب و شرق نيز با توجه
به سرعت گردش
زمين نتيجه
متفاوت است ) البته
اين زمان 180
ميليارديم ثانيه
است ......
اگر چه هر
دو نظريه
الكترو
مغناطيس
ماكسول و
نسبيت عام
انشتين
انقلابي در
فيزيك بپا كردند
اما با اين
حال هر دو
مشابه فيزيك
نيوتن نظريه
هاي كلاسيك
هستند . يعني
مدلهايي
هستند كه در
آنها جهان
تنها يك تاريخ
دارد .
همانطور كه
قبلا ديديم
اين مدل ها در
سطوح اتمي و
زير اتمي با
مشاهدات مطابقت
ندارند . و در
آنجا بايد از نظريه
هاي كوانتومي
استفاده كنيم كه در آن
حالت
جهان ميتواند هر
تاريخ محتملي
داشته باشد و
هر كدام نيز
داراي شدت يا
دامنه مربوط
به خود هستند . پس اگر
هدف درك رفتار
ملكولها و
اتمها باشد
بايد
از نسخه هاي
كوانتومي
الكترو
مغناطيس
ماكسول
استفاده كنيم
. و در واقع
بايد
بتوانيم نسخه
كوانتومي همه
قوانين را
بيابيم . چنين
نظريه هايي را
نظريه هاي ميدان كوانتومي
مينامند .
نيروهاي
شناخته شده
طبيعت را
ميتوان به
چهار گروه
تقسيم كرد :
1
گرانش
كه از همه
ضعيف تر است
2- الكترو
مغناطيس
3- نيروي
هسته اي ضعيف عامل
پرتو زايي
بوده و نقش
عمده اي در شكل
گيري عناصر در
جهان اوليه
داشته است
4- نيروي
هسته اي قوي ( عامل
قرار گرفتن
پروتون ها و
نوترونها در
هسته اتم )
اولين
تيرويي كه
نسخه
كوانتومي آن
ساخته شد الكترو
مغناطيس بود .
كه در دهه 1940 از
سوي ريچارد
فاينمن
و ديگران تهيه شد
. ميدان
هاي نيرو از ذرات
بنيادي به نام
بوزون تشكيل
شده اند
و بوزون ها
حامل نيرو
هستند كه بين
ذرات مادي
حركت ميكنند .
ذرات مادي فرميون
ناميده
ميشوند .
الكترون ها و
كوارك ها مثال
هايي از
فرميون ها
هستند . فتون و
يا ذره نور نيز
مثالي از يك
بوزون است . و
بوزون است كه
نيروي الكترو
مغناطيسي را
منتقل ميكند . آنچه
اتفاق مي افتد
اين است كه يك
ذره مادي مانند
الكترون يك
بوزون يا ذره
نيرو را منتشر
كرده و خود
عقب مينشيند درست
مانند يك توپ . ...
در سال 1967
عبدوالسلام
و استيون
واينبرگ هر
كدام به طور
مستقل نظريه اي ارائه
دادند كهدر آن
الكترو
مغناطيس با
نيروي ضعيف
يكپارچه
ميشود .
اين نظريه
وجود سه ذره
جديد به نام
هاي W + /W-
/ Z را
پيشگويي كرد كه
شواهدي مربوط به وجود
ذره Z در
مركز سرن در
ژنو
يافت شد . اين دو
فيزيكدان
مشتركا جايزه
نوبل سال 1979 را
بردند .
نيروي
هسته اي قوي
در نظريه اي
به نام QCD يا
كروموديناميك
كوانتومي در هم
اميخت
بر طبق اين
نظريه
پروتون ،
نوترون و
بسياري از
ذرات مادي
ديگر از كوارك تشكيل
ميشوند .
كوارك داراي ويژگي
قابل توجهي
است كه
فيزيكدانها
به آن رنگ
ميگويند . كه
البته
ارتباطي به
رنگ هاي قابل روئين
ندارد .
كوارك ها در
سه رنگ قرمز آ آبي
و سبز نام
گذاري ميشوند . بعلاوه
هر كوارك داراي يك زوج ضد
مانده
نيز ميباشد . يك
كوارك و يك ضد
كوارك
يكديگر را
خنثي كرده و زوج بيرنگي
درست كنند .
اين
ذره بي
رنگ كه
ناپايدار
است
مزون ناميده
ميشود . ..... فيزيكدانها
در دهه 1970
پس از يك
پارچه كردن
نيروي الكترو
مغناطيس و نيروي
هسته اي ضعيف به دنبال
راهي بودند تا
نيروي هسته اي
قوي را نيز در
اين نظريه
بگنجانند . بر طبق
پيش بيني برخي
از اين نظريه
ها پروتونها
يعني موادي كه
ما از آن ساخته
شده ايم بايد
پس از
ده به
توان 32 سال از بين
بروند ( عمر
جهان ده به
توان
ده ميباشد )
البته در
فيزيك
كوانتوم وقتي
ميگوييم عمر
ذره 10 به
توان 32 سال است منظور
اين نيست كه
همه اين ذرات
اين حدود عمر
ميكنندد بلكه در
يك سال امكان
وا پاشي
يك ذره برابر
ميشود با ده به
توان 32 .
در نتيجه در
يك مخزن آب با
ده به توان 32
پروتون را اگر
زير نظر بگيريم بايد
مشاهده شود كه
برخي پروتونها
در چند سال
متلاشي شوند .
دانشمندان
چنين آزمايشي
را ترتيب
دادند
زيرا چند
هزار ليتر آب
داراي اين
تعداد پروتون
ميباشد .
محاسبا
دانشمندان
نشان داد كه
عمر پروتون ها
بيش از اين
ميزان است و
اين با نظريه
هاي يك پارچه
سازي جور نمي آمد
.
از آنجا
كه شواهد
تجربي پيشين
نتوانستند نظريه
هاي بزرگ
يكپارچگي را
تاييد كنند اغلب فيزيكدادنان
به
دنبال
نظريه ويژه
اي به نام مدل
استاندارد
رفتند . ... اين
نظريه در بياري
زمينه ها موفق
و با مشاهدات
سازگار است
اما رضايت بخش
نيست چرا كه
نيروي قوي و
ضعيف را متحد
نميكند و شامل
گرانش نيز
نيست ...
نظريه
هاي ابر گرانش
، ابر تقارن ( ذرات نيرو و ماده و
در نتيجه خود
نيرو و ماده
را تنها دو
شكل مختلف از
يك چيز ميداند
و هر
ذره از ماده
مانند كوارك داراي
يك همزاد به
صئرت ذره اي
از نيرو ست ) و نظريه
ريسمانها (
ذرات نقطه اي
نيستند
بلكه
الگوهايي از
ارتعاش
هستند
مانند
ريسمانهاي
نازكي با تنها
طول و فاقد
عرض و ارتفاع در اين
نظريه
ده
بعد
تعريف ميشود
كه بسيار
هيجان انگيز
است و نظريه M (
داراي 11
بعد
فضا-زمان
ميباشد
و ابعاد
اضافي فضا را
نميتوان به هر
شيوه اي حلقه
كرد و نحوه
حلقه شدن
ابعاد فضاي
دروني قوانين
ظاهري طبيعت
را تعيين
ميكند و بسته
به نحوه حلقه
شدن فضاي درون امكان
وجود جهان هاي
متفاوت و با
قوانين
متفاوتي وجود
دارد
اين نظريه
تعداد اين
جهان ها را ده به توان پانصد ميداند
!! يعني
اين تعداد
جهان هر يك با
قوانيني خاص
خود !!!!)
در ادامه اين فصل
از كتاب به صورت
ساده و مختصر بحث
ميشوند
كه به صورت بسيار
خلاصه اي در داخل پرانتزها
بدانها
اشاره شد .
قرن ها
پيش نيوتن
نشان داد كه
معادلات رياضي
ميتوانند تعريف
دقيق و شگفت
انگيزي از
نحوه بر همكنش
اشياء ارائه
دهند . و دانشمندان
به اين نتيجه
رسيدند كه با
داشتن يك نظريه
درست و قدرت
محاسبه كافي
ميتوان آينده
جهان را تعيين
كرد . سپس عدم
قطعيت كوانتومي
،فضاي خميده ،
كوارك ها
،ريسمانها و
ابعاد اضافي
مطرح شدند و
حاصل كار ده به
توان پانصد جهان شد .
جهانهايي كه
هر يك قوانين
خاص خود را
دارند و ما
تنها يكي از آنها
را ميشناسيم .
شايد اميد
فيزيكدانان
براي ايجاد يك
نظريه واحد
بايد فراموش
شود و شايد
سوال اصلي اين
است كه
ما كي
بايد نا اميد
شويم . اگر ده
به توان پانصد
جهان
هر يك با
قوانين خاص
خود وجود
دارند
عاقبت كار ما
در اين جهان
چيست ؟
|
فيلمهاي
مستند علمي |