تبلیغات
انجمن علمی نجوم و فیزیك - شگفتی های عظیم در جهان فیزیك - بخش اول

شگفتی های عظیم در جهان فیزیك - بخش اول

شنبه 31 اردیبهشت 1390 11:06 قبل از ظهرنویسنده : فرهاد

 

 ۱) جهان هستی چگونه برپاست؟

ما به جایی رسیده‌ایم كه كه بدون حل كردن برخی از مشكلات و مسایل فیزیك، نمی‌توانیم در مورد حقایق و پدیده‌های جالب و شگفت‌انگیز دیگر فیزیكی، اطلاعات بیشتری كسب كنیم. برای درك مفاهیمی مثل خاستگاه و بنیاد جهان هستی، سرنوشت نهایی سیاهچاله‌های فضایی یا امكان سفر در زمان، نیاز داریم كه بدانیم جهان هستی چگونه ادامه‌ی حیات می‌دهد.
هم‌اكنون یك ایده‌ی خوب در ذهن ما هست كه می‌تواند منتج به كشف حقیقت و بنیاد هستی شود. علم فیزیك در قرن بیستم بر پایه‌ی انقلابهای دوگانه‌ی مكانیك كوانتومی (تئوری ماهیت جسم) و نظریه‌ی معروف اینشتین در مورد فضا، زمان و جاذبه معروف به نسبیت، بنا شده است. اما وقتی شما به دو تعریف نهایی از واقعیت دست پیدا می‌كنید زمانی كه تنها یك واقعیت را موجود می‌بینید، این راضی‌كننده نیست

تلاش برای یگانه‌سازی این دو تئوری، موانع تكنیكی فنی و مفهومی وحشتناكی را بر سر راه بهترین نظریه‌پردازان فیزیك در طول دهه‌های گذشته قرار داده و آنان را به چالش كشیده است. برای مثال از آنجایی كه جاذبه، خودش را به عنوان یك عامل ایجاد انحراف در فضای چهاربعدی زمان-مكان معرفی می‌كند، پذیرش نظریه‌ی كوانتومی در مورد جاذبه ایجاد مشكل می‌كند. از یك جهت، این به معنای پذیرش شك و تردید هایزن‌برگ در مورد فرضیات موجود راجع به زمان – مكان به شكل فی‌نفسه است كه قطعاً مشكل‌ساز خواهد بود.
اما ممكن است این تردیدها، یك معنای دیگر هم داشته باشند و آن به معنای وجود یك مشكل در رابطه با گرایش و رویكرد ما نسبت به قضیه است. شاید ما نباید مفهوم جاذبه را به تنهایی بررسی كنیم. اكثر تلاشهایی كه برای یكسان‌سازی نظریات موجود در مورد جاذبه انجام شدند، خود منجر به این گشتند كه تعریف كیفیت و كمیت جاذبه، وارد یك بحث و میدان جدید شود كه به ناچار همه‌ی نیروهای طبیعت مانند همه‌ی اجزای زیراتمی را به یك چارچوب تئوریك محدود می‌كند. این ایده‌یی است كه برخی از فیزیك‌دانها آن را "تئوری همه‌چیز" می‌خوانند.
نظریه‌ی جدیدی كه در حال حاضر مطرح می‌شود، نظریه‌ی "فرا-رشته‌یی" است كه به وجود حلقه‌های كوچك و ریز رشته‌یی اتمی به عنوان سازنده‌ی همه‌ی مواد حكم می‌دهد. فرضیه‌ی دیگری كه وجود دارد و به تئوری ام مشهور است هنوز كمی پیچیده و مبهم به نظر می‌رسد و می‌تواند به عنوان لایه‌یی كه در ابعاد وسیعتر فضایی حركت دارد، تصویر شد. اما مرحله و روند پیشرفت در این نظریه‌ها در بهترین حالت، اینگونه جمع‌بندی می‌شود كه هیچ كس دقیقاً به یاد نمی‌آورد وجود حرف "M” در نظریه‌ی ام، دقیقاً به چه دلیلی است و چه واژه‌یی را تداعی می‌كند. راه درازی در پیش است...

2) آیا "ضدجاذبه‌"ی اینشتین واقعاً یك اشتباه بود؟
اینشتین، ضدجاذبه را بزرگترین اشتباه خود می‌شمارد. اما به نظر می‌رسد كه او با اضافه كردن یك نظریه‌ی ضدجاذبه به فرضیه‌ی نسبیت خود كه آن را شرط فلسفه‌ی انتظام گیتی می‌خوانند، كار درستی انجام داده است.
این شرط اضافه در فرضیه‌ی نسبیت، به فضا یك خاصیت تدافعی نسبت می‌دهد به این معنا كه فضا خودش را دفع می‌كند، گسترده‌تر می‌شود و هرچه سریعتر این روند افزایش گستردگی ادامه می‌یابد. اینشتین این عامل به ظاهر بی‌ارزش را اضافه كرد چرا كه تصور می‌شد جهان هستی ثابت است و بی‌حركت. در نتیجه نیاز بود تا نیرویی وجود داشته باشد و قدرت كشش جاذبه‌یی زمین را بالانس و دچار تعادل كند كه مواد موجود بر روی زمین، كوچك و كوچكتر نشوند.
اما در دهه‌ی ۱۹۲۰، ادوین هابل كشف كرد كه جهان هستی خود به خود در حال گسترش و افزایش است. در نتیجه اینشتین نیز نظریه‌ی "تعادل انتظامی گیتی" را به دلیل ترس، پس گرفت!
اما به نظر می‌رسد این ایده نباید محو شود. نظریه‌ی كوانتومی میدانها، ثابت می‌كند كه حتی فضاهای خالی نیز با انرژی زیاد در حال طغیان و جنب و جوش هستند. در واقع همان تاثیر جاذبه‌یی g=۱۰ كه نظریه‌ی ضدجاذبه‌ی اینشتین را توصیف می‌كند. این نظریه در مورد قدرت دافعه‌ (كه در مقابل جاذبه مطرح می‌شود) مقداری گنگ و مبهم است اما به آن یك ارزش تخمینی می‌دهد.
تقریباً 10 سال پیش، فضانوردان متوجه شدند كه سرعت گسترش ابعاد جهان هستی در حال افزایش است و در نتیجه نظریات آزمایش خود در مورد نیروی ضدجاذبه را مطرح كردند. در عین ناباوری و سرگردانی فیزیكدانها هم این فضانوردان، قدرت ضدجاذبه را شامل ۱۲۰ نیرو دانستند كه ۱۰ بار از مقدار پیش‌بینی‌شده‌ی قبلی كوچكتر است.
این نتیجه، بسیار گمراه‌كننده و عجیب است. اگر تعادل برقرار شده میان جاذبه و دافعه، مقداری برابر با صفر بود، در نتیجه یكی از قوانین عمیق و مهم طبیعی در موردش صدق می‌كرد اما یك عدد غیرصفر كه تازه با تئوری ابتدایی نیز غیرقابل مقایسه شناخته شده را نمی‌شود تعبیر كرد.
برای وخیم‌تر كردن شرایط، كیهان‌شناسان به ایده‌یی علاقه‌مند شدند كه نیروی دافعه‌ی بسیار قوی و بزرگی در اولین مرحله‌ی تفكیك پس از انفجار بزرگ یا Big Bang را مطرح می‌كند چرا كه این نظریه، سناریوی جذاب و محبوب مربوط به زمین غیرمسطح و در حال افزایش حجم را تایید می‌كند. با توجه به این تئوری، جهان هستی پس از تولد و شكل‌گیری، با سرعتی غیرقابل باور توسط یك عامل قدرتمند و عظیم، تغییر حجم داد و این نیرو را قدرت ضدجاذبه یا دافعه ایجاد نمود.

در نتیجه اگر بخواهیم دلیل و برهانی بر این افزایش حجم سریع و روزافزون بیابیم، به نظریه‌یی نیاز داریم كه توضیح دهد چرا ضدجاذبه در ابتدا بسیار قوی و شدید بود، سپس با شتاب و سرعت كاهش مقدار پیدا كرد و سپس به مقداری در حوالی صفر رسید. به عبارت دیگر، ما می‌خواهیم بدانیم كه چرا نیروی ضدجاذبه، تقریباً در اولین فازهای شكل‌گیری جهان هستی حذف و محو شد اما به طور كلی از بین نرفت؟
یك احتمال این است كه نیرو بر اثر گذشت زمان، محو می‌شود. احتمال دیگر می‌تواند این باشد كه نیرو در فضا تغییر می‌كند و در نتیجه ممكن است از ورای دوربین تلسكوپهای ما، همه چیز بسیار بزرگتر از آنچه هستند نشان داده شوند. اگر اینگونه است، در نتیجه هر جسمی در آن منطقه، با سرعت در كهكشانها و ستاره‌های دیگر پخش و متلاشی می‌شد و در نتیجه اصلاً هیچ ناظری نمی‌توانست حضور داشته باشد تا نیرو را اندازه بگیرد.
آنچه كه ما نیاز داریم، یك تئوری است كه قدرت نیروی دافعه یا ضدجاذبه را به اندازه‌ی بخشی از قدرت همه‌ی نیروهای موجود در طبیعت برای ما تعریف كند. متاسفانه به نظر نمی‌رسد كه تئوریهای موجود مثل تئوری فرارشته‌یی یا تئوری "ام"، این میزان خاص را مشخص كنند و مقدار كمی كه باقی می‌ماند هم همچنان ناشناخته و اسرارآمیز خواهد بود. در نتیجه باید دوباره به سوال یك رجوع كنیم!


۳) چرا ما در سه بعد زندگی می‌كنیم؟
آیا اینكه زمین ما سه بعد دارد، اتفاقی است یا باید برایش دنبال یك تعبیر عمیقتر گشت؟ بعضی از تئوریسین‌ها معتقدند كه فضای به وجودآمده بر اثر انفجار بزرگ، تنها به صورت اتفاقی از سه بعد تشكیل گشت و ممكن است قسمتهای دیگری از جهان هستی وجود داشته باشند كه ابعادشان متفاوت باشد.
مثلاً هیچ دلیل منطقی نمی‌توان یافت برای پاسخ به این سوال كه چرا مثلاً جهان هستی فقط دو بعد ندارد. چندصد سال پیش، ادوین آبوت اثری به نام "زمین مسطح" نوشت كه در آن جهانی دوبعدی را تصویر كرد. جهانی كه در آن اجسام و موجودات حیات خود را تنها بر روی "سطح" ادامه می‌دادند. اما فیزیك جهان دوبعدی با فیزیك جهان ما بسیار متفاوت خواهد بود. برای مثال در فضای دو بعدی، امواج به شفافیت انتشار در فضای سه بعدی، پخش نمی‌شوند و باعث ایجاد انواع مشكلات در سیگنال‌رسانی و انتقال اطلاعات می‌گردند. و نیز از آنجایی كه زندگی آگاهانه، به فرآیند انتقال درست و صحیح اطلاعات بستگی دارد، در نتیجه این تفاوتها كافی خواهند بود برای اینكه مشاهدات ما را تنها در حد مناطقی ناشناخته محدود نگاه دارند.
تصور كردن فراتر از سه بعد نیز مشكلات مختلفی به همراه خواهد داشت. در چنین حالتی، سیستمهای نجومی و سیاره‌یی غیرممكن می‌شوند چرا كه عكس قانون جاذبه یعنی قانون قدرتهای افزایشی به وجود خواهد آمد. در نتیجه به نظر می‌رسد كه جهان سه بعدی تنها جهانی است كه وجود دارد و فیزیكدانها می‌توانند درباره‌اش بنویسند. اما نكات ریزی وجود دارد كه باعث می‌شود این فرضیه با شك و تردید همراه باشد.
شاید فضا سه بعدی نیست و تنها اینگونه برای ما نشان داده می‌شود. شاید فضا ۹ یا ۱۰ بعد دارد و حتی ابعاد بیشتر! برخی از تئوریهایی كه قصد یكپارچه‌سازی نیروهای طبیعت را دارند مانند فرضیه‌ی فرا-رشته‌یی، امكان وجود تعداد ابعاد بیشتری نسبت به آنچه كه ما می‌بینیم را رد نمی‌كنند.
دلیلشان نیز این است كه بسیاری از معادلاتی كه برای توصیف وضعیت موجود به كار می‌روند، با در نظر گرفتن تعداد بیشتر ابعاد، نتایج بهتری می‌دهند! در نتیجه نمی‌توان آن را كاملاً بی‌معنی دانست. ابعاد اضافی فضا، سابقه‌ی حل بسیاری از مشكلات و مسایل حل‌ناشدنی فیزیك را دارند. برای مثال اینشتین برای توصیف كردن جاذبه، به یك بعد اضافی نیاز داشت و آن، زمان بود. و تئودور كالوتزا نیز یك بعد به سه بعد اثبات شده اضافه كرد چرا كه می‌خواست نظریات جاذبه را با فرضیات ماكس‌ول در مورد الكترومغناطیس، همگون سازد.
مطمئناً ما نمی‌توانیم بعد چهارم را ببینیم اما این هم احتمالاً یك دلیل دارد. این بعدهای اضافه، می‌توانند بسیار كوچك و فشرده شوند. یك لوله‌ی پلیمری آب را از دور در نظر بگیرید. مانند یك خط دراز و معوج به نظر می‌رسد. از یك بعد نزدیكتر آن را نگاه كنید. به شكل تیوب یا لوله دیده می‌شود. اما آنچه كه در حقیقت این لوله را می‌سازد، یك سطح دایره‌یی شكل كوچك است كه دور محیط لوله چرخیده است. به طور مشابه، بعد چهارم نیز می‌تواند چنین لوله‌یی باشد كه دور فضای سه‌بعدی می‌چرخد اما آنقدر كوچك است كه دیده نمی‌شود.
در نتیجه تصور كردن ابعاد بسیار زیادتری كه اینگونه در فضا پنهان‌ شده‌اند، به راحتی ممكن است. اما متاسفانه نظریه‌ی فرا-رشته‌یی هنوز دقیقاً سه بعد گشوده‌شده را تایید نمی‌كند در نتیجه برای تصور ما نسبت به جهان هستی هم تعریف درستی نمی‌توان ارایه داد.
اما برای تصور كردن یك بعد جدید، راههای دیگری هم هست. فرض كنید نیروهای فیزیكی بتوانند نور و جسم را به یك صفحه‌ی سه‌بعدی مسطح یا ورقی‌شكل تقلیل دهند و محدود كنند در حالی كه به برخی پدیده‌های دیگر فیزیكی اجازه می‌دهند تا وارد بعد چهارم شوند. ساكن شدن سطوح دو بعدی به جای اجسام سه‌بعدی در فضاهای مشخص باعث می‌شود تا هر جسم و پدیده‌یی به شكل طرح و نقشه‌اش نشان داده شود. مثلاً ما یك توپ كره‌یی شكل را به صورت دایره ببینیم! به طریق مشابه، ممكن است ادعا شود كه ما در حال حاضر تنها تصویری سه بعدی از اجسام و مفاهیمی را می‌بینیم كه در واقع چهاربعدی هستند.
اما فضای "سه لایه‌یی" ما می‌تواند تنها در چهار بعد نیز محدود نشود. لایه‌های قابل كشف دیگری نیز می‌توانند وجود داشته باشند كه در فضای چهاربعدی حضور دارند. اثبات این فرضیه، انجام آزمایشهایی تازه را می‌طلبد كه وجود بعد چهارم را نیز به ما نشان دهد. اما این نظریه وجود دارد كه برخورد لایه‌های چندبعدی در مقیاسهای این‌چنینی می‌تواند به تكرار شدن "انفجار بزرگ" منجر گردد در نتیجه حضور ما بر روی كره‌ی زمین شاید اصلاً موید همین مطلب باشد كه فضا واقعاً سه‌بعدی نیست!

 

 


آخرین ویرایش: دوشنبه 20 شهریور 1391 12:55 قبل از ظهر

 
شنبه 2 اردیبهشت 1396 12:38 بعد از ظهر
You're so interesting! I do not think I've read through something like this before.
So good to discover someone with some original thoughts on this issue.
Really.. many thanks for starting this up. This web site is
something that is required on the web, someone with a little originality!
جمعه 25 فروردین 1396 08:58 قبل از ظهر
Have you ever considered creating an ebook or guest authoring on other blogs?

I have a blog based upon on the same ideas you discuss and would love to have you share
some stories/information. I know my readers would enjoy
your work. If you are even remotely interested, feel free to shoot me an e-mail.
یکشنبه 13 فروردین 1396 07:15 قبل از ظهر
Spot on with this write-up, I honestly believe that this web site needs a great deal more attention. I'll probably be back again to read through
more, thanks for the info!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر