وسعت و عمق تفكر فيزيكي در قرن بيستمسخنراني دكتر مهدي گلشني به مناسبت سال جهاني فيزيك بخش اول
اطلاعات - صفحه : 6 - تاريخ :21/06/1384
|
اشاره:به مناسبت سال جهاني فيزيك، استاد ارجمند آقاي دكتر گلشني رئيس پژوهشگاه علوم انساني و مطالعات فرهنگي، و رئيس گروه فلسفه علم دانشگاه صنعتي شريف و عضو شوراي عالي فرهنگي كشور دو سخنراني در تبريز و تهران ايراد كردهاند كه متن زير آميخته هر دو آنهاست.ظظظامسال به مناسبت يكصدمين سال ارائه سه مقاله مشهور اينشتين (در 1905)، سال فيزيك ناميده شده است و فرصت خوبي است كه مروري بر دستاوردهاي فيزيك در قرن بيستم صورت گيرد. فيزيك معاصر بر تمام صحنههاي زندگي معمولي بشر اثر گذاشته است. برخلاف دوران نيوتن كه علم روز تاثير چنداني بر زندگي روزمره نداشت، علم امروز بر تمام ابعاد زندگي انسان اثر گذاشته است. اين وظيفه فيزيكدانان است كه اين ابعاد را مشخص كنند. من فقط براي اينكه ميزان تاثير فيزيك را نشان دهم، چند نمونه از حوزههايي را كه در پيشرفت علم و تكنولوژي در زمان حاضر بسيار موثر بودهاند، و از فيزيك نشات گرفتهاند، ذكر ميكنم. اولين كامپيوتر ديجيتال در 1939 در دانشكده فيزيك دانشگاه آيوا ساخته شد و فيزيكدان سازنده آن، در سال 1990 از رئيس جمهور آمريكا مدال ملي تكنولوژي گرفت. ترانزيستور كه انقلاب تكان دهندهاي در صنعت ايجاد كرد، توسط سه فيزيكدان، در اواخر دهه40، در آزمايشگاه بل ساخته شد. اولين ليزر ميكروويو توسط چارلز تاونزCharles Townes) ، فيزيكدان آمريكايي) در 1960 ساخته شد و بالاخره شبكه جهاني اينترنت(www)، محصول كار يك فيزيكدان فارغ التحصيل دانشگاه آكسفورد بود كه در سرن(CERN) به تحقيقات اشتغال داشت. وي دنبال اين بود كه بين فيزيكدانان دانشگاههاي مختلف جهان ارتباط برقرار كند. چند سال پيش مجله تايمز او را جزء صد نفر مغز متفكر برتر جهان قرار داد و جايزه 2/1 ميليون دلاري را به او دادند.ليزر، اينترنت، كامپيوتر و ترانزيستور نمونههايي از كشفيات بزرگ قرن بيستم هستند كه فيزيكدانان باني آنها بودهاند. اينها در پي تحقيقات صرفاً محض كشف شدند، بدون اينكه كاربرد خاصي براي آنها مد نظر بوده باشد. در اينجا هدف من بحث در مورد اين ابعاد نيست. من براي اينكه نشان بدهم فيزيك در قرن بيستم چه موضوعات و مفاهيم جديدي را مطرح كرده است و چه چيزهايي تفكر فيزيكي قرن بيستم را از تفكر فيزيكي قرن نوزدهم و قرنهاي قبل از آن متمايز كرده است، به تحولاتي كه در دو حوزه كلان ايجاد شده است ميپردازم: يكي حوزه جهان صغير يعني حوزه اتم و زيراتمي است و ديگري حوزه جهان كبير، يعني كيهانشناسي، براي اين كار يك مقدمه عرض ميكنم.فيزيك قرن بيستم افكار جديدي را پيش آورد كه در قرون قبل سابقه نداشت. فيزيك عصر جديد با كتاب «اصول رياضي فلسفه طبيعي» نيوتن در 1687 شروع شد. در قرن هيجدهم فيزيكدانان عمدتاً بر روي كاربردهاي مختلف مكانيك كار ميكردند، ولي در نيمه اول قرن نوزدهم الكتريسته و حرارت نضچ گرفت و در نيمه دوم قرن نوزدهم الكتريسته، مغناطيس و نور توسط يك نظريه واحد، به نام نظريه الكترومغناطيسي ماكسول، بيان شد. در انتهاي قرن نوزدهم، صحبت از اين بود كه فيزيك به انتهاي خط خود رسيده است. پلانك نقل ميكند كه وقتي براي شروع كار دكتري خود نزد استاد راهنمايش رفته بود، آن استاد به وي گفت كه لازم نيست فيزيك را ادامه دهد، بلكه بهتر است سراغ زيستشناسي برود! بنابر اين چنين برداشتي در انتهاي قرن نوزدهم وجود داشت. چند مساله پيش آمد كه استحكام فيزيك نيوتني و ماكسولي را به هم ريخت. يكي از آنها مسالهاي بود كه باعث پيدايش نسبيت خاص شد. داستان، طبق ادعاي بسياري از كتابها، از اين قرار بود كه فيزيكدانان ميخواستند حركت زمين را نسبت به اتر بسنجند و چون نتوانستند سرعت اين حركت را تعيين كنند، اصلاً منكر اتر شدند و نسبيت خاص پيش آمد؛ ولي داستان پيدايش نظريه نسبيت خاص، طبق گفته خود اينشتين، چيز ديگري است، و اين عمق تفكر اينشتين را نسبت به همگنان خود نشان ميدهد. مسالهاي كه اينشتين را اذيت ميكرد، اين بود كه طبق يك اصل نانوشته مورد قبول فيزيكدانان، قوانين طبيعت براي تمام ناظران طبيعت يك شكل دارند و شما وقتي كه از يك دستگاه مختصات، توسط تبديلات رياضي به دستگاه مختصات ديگر ميرويد، شكل قوانين فيزيك نبايد تغيير كند. تبديلات گاليله وقتي در مورد قوانين مكانيك به كار ميرفتند. آنها را لايتغير ميگذاشتند، اما وقتي در مورد قوانين الكترومغناطيس به كار ميرفتند، شكل اين قوانين تغيير ميكرد. از نظر اينشتين مساله مهم اين بود كه: «چرا بين دو بخش مختلف فيزيك ناهمسازي وجود دارد؟» بنابر اين اينشتين به دنبال تبديلاتي بود كه شكل قوانين طبيعت را در تمام دستگاههاي مختصاتي كه نسبت به هم حركت يكنواخت دارد، يكسان نگه دارند. اينجا بود كه او فرض كرد سرعت نور براي تمام ناظران در طبيعت (دستگاههاي ماندي) يكي است و قوانين طبيعت در تمام اين دستگاهها يك شكل دارد.نسبيت خاص در مقايسه با بعضي تحولات بعدي انقلاب تلقي نميشود. از نظر نسبيت خاص، مقدار فواصل زماني و مكاني بستگي به ناظري دارد كه آنها را اندازهگيري ميكند. طول يك خطكش بستگي به اين دارد كه چه ناظري آن را اندازهگيري ميكند. ناظراني كه نسبت به هم در حركت هستند، به يك اندازه اين فواصل را اندازهگيري نميكنند؛ ولي تفاوت تنها در سرعتهايي كه خيلي به سرعت نور نزديك هستند، محسوس است. به علاوه بعضي از فيزيكدانان نظير لورنتس معتقد بودند كه زماني كه اينشتين در نسبيت خاص به كار ميبرد، زمان ظاهري است و ما زمان مطلقي نيز داريم كه در نسبيت وارد نميشود. بدين ترتيب نسبيت خاص به راحتي پذيرفته شد. به دنبال آن، اينشتين اين سوال رامطرح كرد كه: «چرا قوانين طبيعت فقط نسبت به ناظراني كه نسبت به هم در حركت يكنواخت هستند، يك شكل دارند؟ ناظران هر حركتي نسبت به هم داشته باشند، قوانين طبيعت بايد نسبت به آنها يك شكل داشته باشد» . اينجا بود كه او به نسبيت عام رسيد، و تبديلاتي يافت كه طبق آنها از يك دستگاه به هر دستگاه ديگري ميرفتيم، شكل قوانين طبيعت تغيير نميكرد. در ضمن اينشتين هدف ديگي را نيز در اينجا برآورده كرده بود: او نظريهاي نيز براي گرانش (ثقل) پيدا كرده بود كه در آن، زمان، مكان و ماده را درهم ميآميخت. ديگر تفكر نيوتني حاكم نبود كه طبق آن يك فضا و يك زمان وجود داشته باشد و ماده را در آن فضا و زمان قرار داده باشند. اين سه باهم وضعيت قضايا را معين ميكنند. ماده بر ساختار فضا و زمان اثر ميگذارد و فضا و زمان حركت ماده را معين ميكنند. نظريه جديد پيش بيني ميكرد نور بايد در نزديكي اجرام سنگين منحرف بشود. اين پيش بيني در 1919 در معرض آزمون قرار گرفت و تاءييد شد، و بنابراين نظريه نسبيت عام جاافتاد. ما نظريههاي نسبيت خاص و عام را در دست داشتيم كه فيزيكدانان كلاسيك به راحتي آنها را پذيرفتند و مقاومت چنداني در مقابل آنها نبود. ما در اواخر قرن نوزدهم بخش تابش و ماده در فيزيك دچار مشكلي شد كه منجر به پيدايش نظريه گوانتوم شد كه يك انقلاب فكري به وجود آورد؛ انقلابي كه آثار آن هنوز باقي است.وقتي فيزيكدان منحني انرژي - طول موج را براي طيف تابشي نشاءت گرفته از يك جسم به نام «جسم سياه» رسم ميكردند، نميتوانستند اين منحني را با استدلالات نظري فيزيك كلاسيك به دست آورند. فيزيك كلاسيك براي اين كار كفايت نميكرد. پلانك فرض كرد كه يك نوسانگر نميتواند هر انرژي دلخواه داشته باشد، بلكه فقط ميتواند انرژيهاي خاصي را داشته باشد، و بدين طريق وي مشكل تابش جسم سياه را توضيح داد، اگر چه خود او از اين راهحل راضي نبود. در اواخر قرن نوزدهم مساءله مهم ديگري نيز رخ داد و آن «پديده فوتوالكتريك» بود. فيزيكدانان مشاهده كردند كه وقتي نور را به بعضي از فلزات ميتابانند. الكترون صادر شده، جريان برق برقرار ميشود. اينشتين در 1905 توضيح داد كه نور در بعضي از موارد چنان عمل ميكند كه گويي از دانههايي درست شده است. اين دانههاي نور به اتمها برخورد ميكنند و الكترونها را از آنها جدا ميكنند. به دنبال فرض دانهاي نور از طرف اينشتين، مدل سيارهاي راترفورد براي اتم و مدل اتمي بور (كه طبق آن يك هسته وجود دارد و الكترونها در مدارهاي خاصي به دور آن ميگردند و اگر از يك مدار به مدار ديگر بروند، تشعشع ميكنند) يكي پس از ديگري عرضه شدند. مدل اتمي بور خيلي موفق بود؛ ولي حداكثر يكي دوتا از اتمهاي سبك را توضيح داد و وقتي به اتمهاي سنگينتر رسيد، دچار مشكل شد و نتوانست طيف نوري آنها را توضيح دهد.در اينجا فيزيكدانان نسخههاي مختلفي را به كار ميبردند. اگر بخواهيم پديده زيمان(Zeeman) را توضيح دهيم، بايد اين نسخه را به كار ببريم و اگر بخواهيم فلان پديده ديگر را توضيح بدهيم، بايد بهمان نسخه را بهكار بنديم. طبق يك روايت موثق، پائولي كه از فيزيكدانان برجسته آن عصر بود، در 1924 اظهار كرده بود كه به خاطر اين سردرگمي فيزيك، قصد دارد فيزيك را ترك كند اما در سالهاي 1925تا 1927 انقلابي رخ داد؛ انقلاب كوانتومي كه هنوز آثار آن باقي است و تفكر فيزيكي رايج را به نحو اساسي تغيير داد. تغييراتي كه اين نظريه در ذهنيت فيزيكدانان به وجود آورد، آن طور كه شايد و بايد در كتابهاي درسي منعكس نشده است؛ ولي الان اثر آن را در سطح جهاني ميبينيم. اين انقلاب چند تغيير اساسي نسبت به فيزيك كلاسيك پديد آورد:O ما فقط بايد به كميتهاي قابل مشاهده اكتفا بكنيم. پس اگر كميتي مشاهدهپذير نباشد، نبايد به آن توجه كرد. اين به عنوان يك اصل پذيرفته شد. حتي در مقاله اصلي هايزنبرگ در 1925 درباره مكانيك ماتريسي، اشاره به اين اصل در چكيده مقاله آمده بود، و پوزيتيويستهاي آن عصر نيز از آن بهرهبرداري زيادي كردند؛ ولي بعد از مدتي فيزيكدانها مجبور شدند كه آن را ترك كنند. فاينمنصريحا گفت: «اگر ايدهاي در فيزيك به كار بيايد، بايد از آن استفاده كرد، ولو اينكه نتوانيم آن را به شكل تجربي نشان بدهيم.» بنابراين، اين اصل متروك واقع شد ولي اثر خود را گذاشت.O نكته دومي كه مورد قبول فيزيكدانان واقع شد، تصويرناپذيري حوادث اتمي بود. آنان ميگفتند كه ما حوادث اتمي را نميتوانيم تصوير كنيم، در اتم مداري براي الكترون در كار نيست و شما فقط اول و آخر حوادث را ميتوانيد بيان كنيد. اگر شما يك توصيف رياضي از قضايا داشته باشيد، آن كفايت ميكند. الكتروني ساطع ميشود و از بين دو شكاف عبور ميكند و در يك پرده ديده ميشود. تحولاتي كه بين اول و آخر اين قضيه رخ ميدهد، حالت يك «جعبه سياه» را دارد. تصويرناپذيري حوادث اتمي به عنوان يك اصل پذيرفته شد و البته اين مورد اعتراض بعضي از فيزيكدانان برجسته، مثل شرودينگر، قرار گرفت. وي گفت: «اگر صد بار هم شكست بخوريم، نبايد مساله تصويرپذيري حوادث اتمي را كنار بگذاريم.» ولي به هرحال فيزيكدانان آن را كنار گذاشتند.O برحوادث اتمي شانس محض حاكم است، و بايد عليت را ترك كرد. نوترون يك ذره ناپايدار با نيمه عمر تقريبا 15 دقيقه است، يعني اگر شما 1000 نوترون داشته باشيد، بعد از 15 دقيقه 500 عدد آنها واپاشي پيدا ميكند. ولي اينكه در دقيقه بعد كدام يك از اينها متلاشي بشود، كاملا تصادفي است؛ يعني هيچ چيزي براين واپاشي حاكم نيست كه زمان واپاشي يك نوترون خاص را معين كند. عدهاي از فيزيكدانان مساله متغيرهاي نهان را مطرح كردند كه طبق آن ممكن است متغيرهايي در كار باشند كه ما فعلا درباره آنها جاهل هستيم و در واقع آنها تعينبخش هستند؛ ولي فيزيكدانان كوانتومي اين ايده را به شدت طرد كردند. هايزنبرگ صريحا در مقاله 1937 خود، كه در يك مجله آلماني چاپ شد، گفت: «هيچ سطح زير اتمي وجود ندارد، و هرچه هست آن چيزي است كه ميبينيم و فقط تصادف و شانس در دنياي اتمي حاكم است.» البته بعضي از فيزيكدانان بزرگ مثل اينشتين با اين ايده مخالفت كردند و بعضي از فيزيكدانان بزرگ مثل ديراك نيز، كه خود از بنيانگذاران اين قضيه بودند و در آن موقع شريك اين ديدگاه بودند، بعد از مدتي به عليت برگشتند، به طوري كه ديراك در دهه 70 گفت: «اگر شما در حال دادن امتحان هستيد، اين حرفها را قبول كنيد، ولي بعداً اگر كمي دقت بكنيد، قدرت استدلال اينشتين درمخالفت با ديدگاههاي ضدعلي را ميتوانيد درك كنيد.» بنابراين يكي از چيزهاييكه كنار گذاشته شد، حاكميت عليت درجهان اتمي بود.O گفتند ما بايد به ابعاد معرفت شناختي قضايا اكتفا كنيم. شما بايد پديدهها را به هم وصل كنيد. يك مشاهده اينجا داريد و يك مشاهده جاي ديگر. بايد اينها را به هم وصل كنيد. اينكه در پشت اين قضايا چيست، نبايد دغدغه شما باشد. در مورد الكترون لازم نيست كه در مورد ماهيت آن چيزي بدانيد، بلكه اگر يك توصيف رياضي از آن داشته باشيد كفايت ميكند. لازم نيست بدانيد آيا آن موج است يا ذره و يا چيز ديگر.O بالاخره عدهاي مثل جينز(Jeans) و ويگنر(Wigner) گفتند كه وقتي ما درباره جهاني اتمي صحبت ميكنيم، بايد زبان ايدهآليسم را به كار ببريم. آنجا ديگر نميتوانيم به زبان رئاليسم صحبت بكنيم. اينها عمده ايدههايي بود كه در محافل فيزيكي حاكم شد، و البته بعضيها به شدت مخالف آنها بودند. ولي نظريه كوانتوم در مقام عمل به قدري موفق بود كه همه را ساكت كرد، حتي دوبروي كه از مخالفان سرسخت ديدگاه رايج بود، همدم آنان شد. البته وي بعد از 24 سال از آن موضع برگشت. به طور خلاصه ديدگاهي كه حاكم شد، اين بود كه اگر شما يك توصيف رياضي از جهان اتمي داشته باشيد و حوادث را با آن توضيح بدهد و بتوانيد پيشبيني بكنيد، ديگر به چيز ديگري نياز نيست. من براي واضح شدن صراحت اين ديدگاه قول بورن را كه از بزرگان فيزيك عصر ماست، نقل ميكنم. وي ميگويد: «وجود يك طرح رياضي سازگار تنها چيزي است كه ما ميخواهيم. آن نشاندهنده همه چيزهايي است كه ميتوان درباره جهان تجربي گفت. به كمك آن ميتوانيم پديدههاي مشاهده نشده را پيشبيني كنيم و اين تمامي خواسته ماست. اين كه منظور شما از جهان عيني چيست ما نميدانيم و به آن اهميتي نميدهيم.» اين ديدگاه هنوز هم، مخصوصاً در محيط ما، حاكم است. ميگويند شما صرفا يك محاسبه رياضي بكنيد. اين كه قضايا را فهميدهايد و يا نفهميدهايد، مهم نيست. شما خلاف اين روند را در ميان بعضي از بزرگان فيزيك چند دهه اخير ميبينيد. ملاحظه ميكنيد كه آنها راضي نيستند فقط به يك توصيف رياضي اكتفا بكنند. پائولي كه به قلب تپنده فيزيك اروپا معروف بود، در دهه 50، در اواخر عمرش، گفت: «فيزيكدانان تكنسينهايي شدهاند كه فقط به كارهاي خيلي خاص ميپردازند و از كل جهان غفلت دارند.» وي گفت كه تاريخ از نسل خودش به عنوان افرادي ياد ميكند كه مسائل مهم را ديدند ولي نتوانستند آن را حل كنند؛ اما نسل بعدي حتي اين مسائل مهم را نميبينند. به هرحال، مكانيك كوانتومي با اين وضعيت به عنوان يك نظريه غالب باقي ماند و چون در صحنه عمل موفق بوده است تقريبا همه آن را پذيرفتهاند. اما از اين نكته مهم غفلت شد كه توافق با تجربه دال بر درست بودن يك نظريه نيست. اين يك قضيه منطقي است كه اگر شما مقدمات را درست بچينيد، نتيجه درست حاصل ميشود ولي نتيجه درست لزوما حاصل مقدمات درست نيست. به همين دليل ما الان نظريه كوانتوم بوهمي را داريم كه يك نظريه علّي و تصويرپذير است و براي الكترون مدار فرض ميكند، درست برخلاف آنچه كه ديدگاه حاكم ميگويد، ولي ضمنا همان نتايج تجربي را بدست ميدهد. بلي حداقل شما دو نظريه داريد كه نتايج تجربي را به طور يكسان توجيه ميكنند. بنابراين بعضي از فيزيكدانان به اين نكته متفتن شدهاند كه صرف توافق با تجربه دليل درست بودن يك نظريه يا كامل بودن آن نيست.به دنبال نظريه كوانتوم، نظريه ميدانهاي كوانتومي آمد كه همه موجودات بنيادي را ميدان در نظر ميگرفت، كه گاهي اوقات آثار ذرهاي از خود نشان ميدهد. نظريه ميدانها بعضي از دقيقترين پيشبينيهاي تجربي را تا چند رقم بعد از اعشار بدست داد، و اين از دقيقترين پيشبينيهايي بود كه تا آن زمان در فيزيك بدست آمده بود. اما اين نظريه بعضي مشكلات رياضي داشت - مثلاً با بعضي از بينهايتها روبرو شد. عدهاي اين بينهايتها را ناديده گرفتند و بعضي ديگر مثل شرودينگر و ديراك، كاملاً برضد اين روند موضع گرفتند. اشتغال كامل با نظريه ميدانها تا دهه 50 ميلادي ادامه داشت. در اين دهه ذرات بنيادي، يكي بعد از ديگري، كشف شدند و تعداد اين ذرات شروع به رشد كرد، به طوري كه در اواسط دهه 60 با بيش از 100 ذره روبرو بوديم (جنگل ذرات). البته همه اينها نميتوانستند ذره بنيادي باشند، بنابراين فكر علاقلانه اين بود كه بايد اينها را به تعداد اندكي تقليل داد. گلمان(Gellmann) و نويمان(Neemann) فكر خوبي كردند. آنها گفتند همه اينها را از 3 ذره،نام به كوارك و ضد آنها ميسازيم. آنها پيشبيني كرند كه بايد خانوادههاي چندتايي ذرات (1تايي، 3 تايي، 8 تايي، 27 تايي و...) وجود داشته باشد. اين پيشبيني در صحنه عمل موفق از كار درآمد.نظريه كوانتوم و نظريه ميدانهاي كوانتومي تصوير ما را از نيرو تغيير داد، تصويري كه پيش از اين از نيرو وجود داشت اين بود كه نيرو يا مستقيما بر اثر تماس دو شيي اعمال ميشود و يا اينكه مثلا يك الكترون ميداني ايجاد ميكند و اين ميدان برالكترون ديگري نيرو اعمال ميكند. نظريه ميدان تصوير ديگري به دست داد: يك الكترون فوتوني تشعشع ميكند و الكترون ديگر اين فوتون را جذب ميكند و احساس اعمال نيرو ميكند. بنابراين مساله نيرو به مبادله ذرات تعبير شد. در آن زمان به چهار نوع نيرو پي برده بودند و الان ذراتي را كه اين چهار نوع نيرو را مبادله ميكنند، كم و بيش، ميشناسيم. در اينجا به اين فكر قديمي افتادند كه چرا ما اين تعداد نيرو داشته باشيم و چرا به اين نيروها وحدت نبخشيم؟ بنابراين فكر وحدت بخشي به نيروها در كارآمد. چند فيزيكدان موفق شدند نيروي الكترو مغناطيسي و نيروي ضعيف هستهاي را به يك نيروي اصيلتر برگردانند: نيروي الكتروضعيف. سخن آنها اين بود كه در يك مرحله از تحول جهان آن نيروي اصيل تر برگردانند. نيروي الكتروضعيف. سخن آنها اين بود كه در يك مرحله از تحول جهان آن نيروي اصيل موجود بوده است و در مرحلهاي ديگر، آن نيرو به دو نيرو منشعب شده است. بنابراين فيزيكدانان توانستند دو نيرو را وحدت ببخشند. سپس در پي اين برآمدند كه اين كار را تعميم بدهند. بنابراين تصميم گرفتند نيروي قوي هستهاي را با دو نيروي الكترومغناطيسي و ضعيف تلفيق بكنند و توانستند نظريههاي ابروحدت بخش بسازند. اين نظريهها از جهاتي موفق بود، ولي پيشبينيهايي هم داشت كه تأييد آنها تاكنون ميسر نبوده است؛ مثل اينكه پروتون بايد ناپايدار باشد و غيره. لذا وحدتبخشي به نيروها به مرحله آخر نرسيد، گرچه همچنان در محيطهاي فيزيك خيلي رونق داشت.اما مسأله اساسي اين بود كه حالا كه سه نيرو را وحدت بخشيدهاند، چگونه نيروي چهارم (نيروي ثقل و گرانش) را هم با آن سه تاي ديگر وحدت بخشند. البته تا به حال به اين كار موفق نشدهاند. نظريهِ ريسمان و ابر ريسمان و دنبالههاي آن ادعايشان اين است كه گرانش و نيروهاي ديگر را در بر دارند. ولي همان طور كه بانيان بزرگ اين نظريه و نظريهپردازان بزرگ آن، مثل ويتن، گرين و...، گفتهاند،اين نظريه ساختار بزرگي است كه بايد چيزي در را‡س آن حاكم باشد. ما هنوز آن اصلي را كه بايد در را‡س حاكم باشد، در دسترس نداريم. ويتن(Witten) مثال خوبي ميزند. او ميگويد: وقتي اينشتين نسبيت عام را ابداع كرد، اصل بزرگي در اختيارش بود، اصل هم ارزي، كه طبق آن همه ناظرها در طبيعت با يكديگر هم ارز هستند. يك ايده بزرگ بايد در دست ما باشد كه اين نظريه عام را بر آن مبتني بكنيم. ما يك رشته اعمال در اين نظريه انجام ميدهيم، بدون اينكه بفهميم چه كار ميكنيم. نكته ديگر در مورد نظريه ريسمان اين است كه شما با يك نظريه روبرو نيستيد، بلكه با تعدد نظريهها طرف هستيد. البته اين نظريه حرف تازهاي كه مطرح ميكند اين است كه براي فضا بيش از سه بعد مطرح ميكند، مثلاً 10 بعد، كه 7 بعد از آن را به دلايلي نميبينيم. بنابراين داستان نيروها و ذرات به انجام نرسيده است و از نظر ذرات بنيادي ما در يك بنبست قرار داريم. البته چند حادثه ديگر هم در حوزه كوانتوم اتفاق افتاده كه باعث شده است يك حالت انتظار براي يك انقلاب جديد در همه ايجاد شود. در اينجا به آنها نيز اشارهاي گذرا ميكنم.اينشتين در مقالهاي كه همراه پودولسكي(Podolsky) و روزن(Rosen) در 1935 نوشت، آزمايشي فكري مطرح كرد كه نشان دهد نظريه كوانتوم ناقص است. اساس اين آزمايش اين بود كه دو سيستم به هم ميرسند و سپس از هم جدا ميشوند، اگر شما يك اندازهگيري بر روي يكي از آنها انجام دهيد، حالت ديگري را هم ميدانيد، گرچه اينكه آنها بيلونها بيلون سال نوري از همدور شده باشند و هيچ تماسي با هم نداشته باشند. بنابراين، مثل اين است كه آنها بر روي هم اثر ميگذارند. ظاهر قضيه اين بود كه اين وضعيت با نسبيت خاص تعارض دارد، چون نسبيت خاص اجازه تاثيرگذاري با سرعت مافوق نور را نميدهد. چيزي كه فيزيكدانان كوانتومي طرفدار تعبير رايج كوانتوم ميگويند اين است كه ما نميتوانيم علامت فوق نوري بفرستيم، ولي يك نوع تأثيرگذاري فوق نوري بين اين دو سيستم وجود دارد. بنابراين مسأله موضعيت و ناموضعيت از مسائل حل نشده كوانتوم است، كه بر روي آن سرپوش گذاشته شده است. مسأله مهم ديگري كه در نظريه كوانتوم مطرح است و باعث دغدغه خاطر بسياري از فيزيكدانان شده است (البته غير از آنهايي كه صرفاً به محاسبه و پيشبيني اهميت ميدهند)، مسأله اندازهگيري است. طبق نظريه كوانتوم، الكترون از يك دستگاه اشترن --- گرلاخ كه رد ميشود يا بالا ميرود، كه در اين صورت ميگويند اسپين آن بالا است و يا پايين ميآيد، كه در اين حالت ميگويند اسپين آن پايين است. الكترون چگونه انتخاب ميكند كه بالا برود يا پايين؟ ميگويند اين يك امر شانسي است. قبل از اندازگيري امكانات مختلفي وجود دارد، ولي در عمل اندازهگيري يك مرتبه يكي از آنها انتخاب ميشود و جهش ناگهاني از عدم تعين به تعين رخ ميدهد. اين مساءله به مساءله اندازهگيري معروف است. پن روز(Penrose) ، رياضي -- فيزيكدان برجستهِ انگليسي معاصر، در مصاحبه اخيرش با مجله نيچر(Nature) گفته است كه تا اين مسأله يعني مسأله اندازهگيري در نظريه كوانتوم، حل نشود ما از نظريه همه چيز، به فرض آنكه وجود داشته باشد، بسيار دوريم.بنابراين هم در مورد فيزيك ذرات و هم در مورد نظريه كوانتوم، همه آنهايي كه دغدغه يافتن جوابهاي نهايي را دارند منتظر يك انقلاب جديد هستند. من يادم نميرود كه وينبرگ در جمع بنديي كه در كنفرانس سال 92 در تگزاس داشت، صريحاً گفت كه: «ما يك نظريه استاندارد داريم كه همه جوابها را به ما ميدهد؛ ولي ميدانيم كه تعدادي از پارامترها را بايد در اين نظريه به طور دستي وارد كرد و اين رضايتبخش نيست.» او اظهار اميدواري كرد كه: «گوشهاي از اين نظريه غلط از آب دربيايد تا بلكه گشايشي براي ما حاصل بشود!» بنابراين در حوزه كوانتومو ذرات بنيادي (جهان خرد) با چند ايده كليدي روبرو هستيم: يكي بيشتر از سه بعد داشتن فضا است و ديگري مساءله ناموضعيت و تاثيرگذاري فوق نوري است. در مورد اخير بعضي گفتهاند كه وضعيت قضايا چنان است كه گويي همه اجزاي جهان در يك سطح نظم زيرين به هم پيوستهاند. بوهم كتاب «جهان تجزيهناپذير» را نوشت و يك فيزيكدان اسپانيايي كتاب «جهان هوشيار» را. مولف كتاب اخير مدعي شد كه هر بخشي از جهان از بخشهاي ديگر آن خبر دارد. بنابراين در قرن بيستم ايدههاي بسيار جالبي در فيزيك جهان خرد مطرح شد كه هنوز هم حول آنها بحث زياد وجود دارد و تبيين آنها به قرن 21 موكول شده است.اما درباره كيهانشناسي يعني شناخت جهان بزرگ، نسبيت عام اين زمينه را براي ما فراهم كرد كه بتوانيم راجع به كل جهان حرف بزنيم. اينشتين درسال 1917 نسبيت عام را براي كل جهان به كار برد و البته او معتقد بود كه جهان يك جهان استاتيك و بدون تغيير است، يعني همواره همين طور بوده كه فعلاً هست. بنابراين به هيچ چيز بيرون از جهان نيازي نيست. البته هنگامي كه وي معادلهاش را درباره جهان نوشت، براي اينكه با نيروي گرانش مقابله كند، ثابت كيهانشناسي را وارد معادلاتش كرد. ولي تحولات بعدي مانند رصدهايي كه هابل در آمريكا كرد، حاكي از اين بود كه گويي كهكشانها از هم دور ميشوند، و بدين ترتيب مساله «جهان در حال انبساط» مطرح شد. البته معادلات اينشتين هم جهان در حال انبساط را اجازه ميدهد و هم جهان ماندگار را. بنابراين در فاصله بين دهه 40 و اواسط دهه 60 ميلادي، فيزيكدانان و كيهان شناسان به دو گروه تقسيم شده بودند. عده اي دنبال نظريه مهبانگ (انفجار بزرگ) بودند كه حاكي از اين بود كه جهان با يك انفجار بزرگ شروع شده و در حال انبساط است و عده اي ديگر نظريه جهان ماندگار را دنبال ميكردند. كشف اشعه ميكروويو زمينه در اواسط دهه 1960 كمك بسيار مهمي به تثبيت نظريه مهبانگ كرد؛ يعني جهان از زمان مشخصي شروع شده است. پس اين مساله كه چه كسي جهان را به راه انداخته، مطرح بود. فيزيكداناني مثل هاكينك و غيره كه به دنبال حذف كردن نقش خدابودند، دنبال اين رفتند كه امكان اين را كه معادله اينشتين در 0 t=تكينكي داشته باشد، حذف بكنند. به همين دليل به سراغ زمان موهومي رفتند و گفتند: به طرف ابتداي جهان كه ميرويم، زمان به زمان موهومي تبديل ميشود. در آنجا ديگر فضا و زمان قابل تمايز نيستند. ضمناً به خاطر بعضي ملاحظات كيهان شناختي، بعضي از كيهان شناسان فرض كردند كه جهان در مرحله اي از انبساط خود به طور نمايي رشد سريع پيدا كرده است؛وقتي كه جهان10بتوان 35- ثانيه عمر داشت يك مرتبه سريعا متورم شد. اين فرض به ايده «جهان تورمي» معروف شده است و يكي از مهمترين روايتهاي آن مدل تورم آشوبناك لينده، كيهان شناس روسي مقيم آمريكاست. نظر او اين است كه: ما يك جهان بزرگ داريم، و اين جهان بزرگ از يك عده جهانهاي كوچكتر درست شده است كه هر كدام از آنها قوانين خاص خودشان را دارند. بعضي كيهان شناسان ايده جهانهاي متعدد را براي حل برخي از مسائل پيش آمده در كيهان شناسي به كار گرفته اند؛ مثلاً بعضي بررسيها حاكي از آن است كه براي پيدايش موجودات ذيشعور بايد ثابتهاي طبيعت خيلي ظريف تنظيم شده باشند. مثلاً نسبت قوت نيروي قوي هستهاي به نيروي الكترومغناطيسي و يا قوت نيروي الكترومغناطيسي به نيروي ضعيف هسته اي بايد خيلي دقيق تنظيم باشد. بدين ترتيب انسان و ساير موجودات ذيشعور كه از زمان كوپرنيك به بعد از مركزيت جهان كنار گذاشته شده بودند، نقش مهمي پيدا كردند. اين تنظيم ظريف ثابتها و نيروهاي طبيعت به «اصل آنتروپيك» معروف شد. عده اي اصل آنتروپيك قوي را مطرح كردند كه طبق آن جهان تعبيه شده است تا موجود ذيشعور به وجود بيايد. اما افرادي كه ميخواستند از فرض وجود يك طراح اوليه براي جهان (خدا) فرار بكنند، گفتند اگر بيليونها بيليون جهان مطرح باشد و هر كدام از آنها قوانين خاص خودش را داشته باشد، بالاخره يكي از آنها ثابتهاي خاصي را دارد كه براي ظهور موجودات باشعور تناسب دارد. پس آنها از طريق توسل به ايده جهانهاي متعدد، خود را از فرض وجود خداوند خلاص كردند. در مقابل عده اي از كيهان شناسان و فيزيكدانان گفتند كه طراحي اوليه اين ثابتها و نيروها با خداوند است. البته اين را نيز گفتند كه امكان دارد خداوند جهان هاي متعددي را طراحي و خلق كرده باشد. بنابراين مسله جهانهاي متعدد به دلايل متعدد مطرح شد. در زمان ما كه نظريه ريسمان، ابر ريسمان و دنبالههاي آنها (نظريه(M مطرح است و جوابهاي متعددي براي آنها وجود دارد، لئوناردساسكيند(Leonard Susskind) ، فيزيكدان برجسته آمريكايي در مقام توجيه جوابهاي متعدد در نظريه ابرريسمان معتقد است كه هر كدام از آن جوابها مناسب يكي از آن جهانها است، يعني در آن حاكميت دارد.بنابراين ما در كيهان شناسي با نظريه هاي مختلفي روبرو شده ايم كه هيچ كدام به شكل قاطع حاكميت پيدا نكرده است. البته، ضمن آنكه ميدانيم ظاهراً جهان در حال انبساط است و اطلاعات بسيار زيادي درباره آن داريم؛ ولي از يك نكته مهم غفلت كرده ايم: اطلاعات ما فقط در مورد 5 درصد از ماده جهان است، و ما سرشت 95 درصد بقيه را كه به ماده و انرژي تاريك نامدار است، نميدانيم. اين ماده و انرژيي است كه بايد وجودش را فرض كنيد تا بتوانيد بعضي از مشاهدات كيهان شناسي را توضيح بدهيد. الان نميتوانيم اين ماده تاريك را با هيچ يك از ذرات شناخته شده، از قبيل باريون ها، نوترينوها و غيره، تطبيق دهيم. اعجازآميز است كه ما با اطلاعات اندكي كه داريم، اينقدر پيش رفته ايم.عده اي از فيزيكدانان به دنبال تلفيق دو حوزه خرد و كلان هستند. آنها ميگويند بعضي از ذراتي كه ما انتظار داريم در جهان خرد ببينيم، به علت اينكه انرژي لازم براي توليد آنها الان براي ما موجود نيست، نميتوانيم در شرايط فعلي به آنها دسترسي پيدا كنيم، اما در جهان اوليه شرايط وجودي آنها موجود بوده است. بنابراين كيهان شناسي بهترين زمينه را براي آزمودن ذرات بنيادي فراهم ميكند. به همين دليل است كه شما ميبينيد تعداد قابل توجهي از فيزيكدانان درجه اول در حوزه مشترك جهان صغير و جهان كبير، يعني فيزيك ذرات و كيهان شناسي كار ميكنند، آنچه گذشت مروري بر اين دو حوزه مهم و بنيادي بود. اكنون قصد دارم تعدادي از محدوديت هايي را كه با آنها روبرو هستيم بيان كنم:O ما الان دو نظريه بزرگ داريم: يكي «نظريه كوانتوم» كه در بخش عميقي از فيزيك حاكم است و حوادث را در آن حوزه توضيح ميدهد، و بهتر است بگويم توصيف ميكند.ديگري كيهان شناسي و «نظريه نسبيت عام» . متاسفانه تاكنون تلفيقي رضايت بخش بين اين دو نظريه حاصل نشده است و به عبارت ديگر نظريه گرانش كوانتومي نداريم. البته نشانه هايي از آن وجود دارد و عده اي با آن نشانه ها، نظريه هايي ساخته اند؛ ولي اين نظريه هاي وحدت بخش هيچ كدام مقبوليت عام نيافته است. بنابراين يكي از چالش هاي فعلي ما اين است كه ما نظريه اي كه همه ابعاد جهان را شامل شود، نداريم. الكترومغناطيس را داريم، ترموديناميك را داريم، كوانتوم را داريم، نسبيت عام را داريم؛ولي نميتوانيم جهان (و يا لااقل فيزيك) را به صورت يكپارچه ببينيم. اين مشكل بزرگي است كه الان بسياري از بزرگان فيزيك با آن روبرو هستند.O نكته دوم اين است كه سرعت نور محدود است، نوري كه الان به چشم ما ميرسد، بيليونها بيليون سال پيش از دورترين نقاط جهان ساطع شده و الان به چشم ما ميرسد. يك دقيقه بعد نوري كه از نقطهاي دورتر آمده بود، به ما ميرسد و غيره. پس ما هر لحظه افقي براي خودمان داريم كه حد ديد ما را تا آن لحظه تعيين ميكند و اين افق با گذشت زمان بزرگتر و بزرگتر ميشود، و البته ما نميدانيم كه جهان متناهي است يا نامتناهي. بنابراين اطلاعات ما از بخش معلوم جهان نميتواند الزاما به كل جهان سرايت داده شود. مخصوصا كه تجارب گذشته فيزيك به ما آموخته كه بعضي از تعميمهاي معقول غلط از آب درآمده است. پائولي با قاطعيت ميگفت كه: «بين چپ و راست هيچ فرقي نيست» و شرط هم بست، ولي آن را باخت، چون آزمايش نشان داد كه در حوزه اندر كنشهاي ضعيف، بين چپ و راست تفاوت وجود دارد. البته عدهاي به دنبال اين بودهاند كه نظريههاي جهان شمول بسازند، و بعضي از فيزيكدانان صحبت از نظريه همه چيزeverything) (theory of كردهاند. در اوايل سال 1980 هنگامي كه كرسي نيوتن را در دانشگاه كمبريج به استيون هاكينگ دادند، او در سخنراني خود پيشبيني كرد كه: «ما در آخر قرن بيستم انتهاي فيزيك نظري را خواهيم ديد.» همين هاكينگ دو سال پيش، در 2003، در يك سخنراني در كمبريج صريحا گفت كه: «ما هيچ وقت انتهاي فيزيك را نخواهيم ديد و بايد منتظر كشفيات تازه باشيم.» براندنبرگر(Brandenburger) ، يكي از كيهانشناسان معروف آمريكايي، معتقد است كه ما نميتوانيم انتظار داشته باشيم به انتهاي فيزيك رسيده باشيم، در حالي كه اطلاعاتمان درباره ماده جهان بيش از 10 درصد آن را شامل نميشود و نميدانيم كه 90 درصد ديگر آن از چه چيز ساخته شده است!O نكته ديگر محدوديتهاي عملي است كه وجود دارد. براي ما دانستن همه چيز واقعا امكانپذير نيست. در حوزه ذرات بنيادي، نظريههاي موجود وجود ذراتي را پيشبيني ميكند كه اگر بخواهيم آنها را كشف كنيم، نياز به شتاب دهندههايي داريم كه حتي قطر كهكشان ما براي محيط آنها كفايت نميكند. الان بزرگترين شتابدهنده جهان شتاب دهندهSHC است كه در حال ساختن آن درCERN سوئيس هستند، و انتظار ميرود با آن بتوانيم ذره مورد انتظار هيگز(Higgs) را ببينيم. ولي براي كشف ذراتي كه در بعضي از نظريههاي فعلي پيشبيني شده است، هيچكدام از شتابدهندههايي كه در آينده قابل تصور بشر ممكن است ساخته شود، كفايت نميكند (لااقل با اطلاعات فعليمان). به همين جهت واينبرگ(Weinberg) كه از اجله بزرگان فيزيك معاصر است، و بعضي او را اينشتين معاصر ناميدهاند، معتقد است كه از اين به بعد در حوزه فيزيك نظري، به جاي اينكه منتظر باشيم همه چيز را با تجربه تطبيق بدهيم، حوزههايي وجود دارد كه دست تجزيه از آن كوتاه خواهد بود، و ما در ساختن نظريههايمان بايد به انسجام دروني، زيبايي نظريه، قوت پيشبيني و توجيهپذيري پيشبينيهاي قبلي اكتفا بكنيم، و اميد اينكه بتوانيم در آن حوزه، يعني حوزه ذرات، همه چيز را باتجربه تطبيق بدهيم بايد كنار گذاشته شود.
|
گزينه ي مورد نظر خود را انتخاب كنيد:
اللهم كن لوليك الحجة ابن الحسن، صلواتك عليه و علي آبائه، في هذه الساعة و في کل ساعة، ولياً و حافظاً و قائداً و ناصراً و دليلاً و عيناً، حتي تسکنه أرضک طوعاً و تمتعه فيها طويلاً ×××××××××××××××××