هفت راز فيزيك جديد

عليرغم پيشرفت‌هاي بسيار چشمگيري كه در فهم جهان فيزيكي نصيب علم جديد شده است ، شمار رازهاي ناشناخته‌اي كه دانشمندان براي كشف آنها در تلاشند از حد و اندازه افزون است . در اين مقاله به بررسي هفت راز بزرگ از ميان مجموعه پرشمار اسرار كشف ناشده مي‌پردازيم .

راز اول :

چه عاملي كيهان را به تكاپو وا مي‌دارد؟

علم جديد تا براي اين پرسش ، پاسخ خرسند كننده‌اي بدست نياورد نمي‌تواند به كشف راز بسياري ديگر از پديده‌هاي جالب توجه اهتمام ورزد. براي درك اموري نظير منشأ كيهان ، سرنوشت نهايي سياهچاله‌ها ، امكان سفر در زمان ، مي‌بايد نخست براي اين پرسش كه كيهان چگونه عمل مي‌كند ، پاسخ درخوري يافت شود. فيزيك قرن بيستم بر مبناي دو نظريه بنيادين يعني نظريه نسبيت انيشتين و نظريه مكانيك كوانتومي بنياد شد. در قرن بيست و يكم دانشمندان با بهره‌گيري از اين دو نظريه توفيق يافته‌اندكه شناخت خوبي از بسياري از ذرات بنيادي به دست آورند اما اين دو نظريه ظاهراً در بن و اساس با يكديگر ناسازگارند و تصويرهاي متعارضي از واقعيت نهايي ارائه مي‌دهند. حال آنكه علي الفرض واقعيت مي‌بايد واحد باشد . تلاش براي وحدت بخشيدن به اين دو نظريه ظاهراً متعارض، بسياري از برجسته‌ترين دانشمندان را به خود مشغول داشته است. مشكل اساسي در اين است كه نيروي جاذبه كه نظريه نسبيت درباره آن سخن مي‌گويد ، كل ساختار زمان ‌ـ‌‌‌‌‌‌‌ مكان و بنابراين تمامي كيهان را در بر گرفته ، در حالي كه نظريه مكانيك كوانتومي درباره سه نيروي بنيادي ديگري سخن مي‌گويد كه درون اين ساختار جاي دارد. به اين ترتيب كاربرد نظريه كوانتومي درمورد نيروي جاذبه نظير استفاده از جزء براي فهم كل‌، با مشكلاتي جدي همراه است.

راز دوم :

كيهان از چه چيز ساخته شده است؟

رصدهايي كه به وسيله اخترشناسان صورت مي‌گيرد اين نكته را مشخص ساخته كه به ازاي هر يك گرم از ماده‌اي كه سيارات و ستارگان و كهكشان‌ها را بوجود آورده، چند گرم از ماده‌اي وجود دارد كه ماهيت آن ناشناخته است وجود اين ماده بر اساس نوع رفتاري كه اجرام كيهاني از خود آشكار مي‌سازند حدس زده مي‌شود .

براساس قوانين فيزيك اگر آتشگرداني را با سرعت به چرخش درآوريم با سرعت در هوا به پرواز درخواهد‌آمد. در مورد ستارگاني كه در حاشيه كهكشانها به دور مركز در گردشند نيز دقيقاً همين وضع برقرار است . نخ يا رشته‌‌‌‌اي كه اين ستارگان را پايبند نگه مي‌دارد همان نيروي جاذبه است.

اما محاسبات نشان مي‌دهد كه نيروي جاذبه حاصل از ماده فيزيكي قابل رؤيت موجود در كهكشانها براي نگهداري ستارگاني كه با جرم عظيم و سرعت زياد در حاشيه آنها در حال گردشند كافي نيست.

براي نگهداري اين ستارگان به صورت ديوان پاي‌ در زنجير، به طناب يا رشته مستحكم‌تري نياز است و از همين‌جا دانشمندان نتيجه گرفته‌اند كه در درون هر كهكشان مي‌بايد ذخاير عظيمي از نوعي ماده ناديدني وجود داشته باشد كه نيروي جاذبه لازم براي جلوگيري از گريز ستارگان را فراهم مي‌آورد. استدلال مشابهي دلالت مي‌كند بر اينكه از اين نوع ماده ناديدني مي‌بايد در فضاي ما بين كهكشانها نيز موجود باشد و حركات كهكشانها را نسبت به يكديگر تنظيم كند.

راز سوم :

آيا فرضيه نيروي ضد جاذبه كه انيشتين پيشنهاد كرد نادرست بود‌ ؟

انيشتين زماني براي برقراري نوعي تعديل در فرضيه‌اي كه درباره وضع و حال كيهان پيشنهاد كرده بود، به وجود نوعي نيروي ضد جاذبه قائل شد اما اندكي بعد اين فرضيه را پس گرفت و از آن با عنوان «بزرگترين خبط علمي خود» ياد كرد.

اما تحقيقات جديد نشان مي‌دهد كه احياناً وجود چنين نيرويي چندان دور از واقعيت نيست.

عبارتي كه انيشتين در معادلات مربوط به فرضيه نسبيت عام خود وارد ساخت، از خاصيت نيروي دافعه برخوردار است و موجب مي‌شود كيهان دچار انبساط شود . انيشتين كه معتقد بود كيهان درحال ثبات قرار دارد ناگزير شد اين عبارت را اضافه كند تا اثر نيروهاي انقباضي در معادلات خود ( ناشي از وجود جرم‌هاي عظيم در كيهان ) را خنثي سازد.

راز چهارم :

چرا ما در عالمي سه بعدي زيست مي‌كنيم؟

فيزيكدانان براين باورند كه ظهور عالمي كه ما در آن جاي داريم به دنبال وقوع مه بانگ (انفجار) اوليه امري كاملا تصادفي بوده واحياناً كيهان هايي ديگري نيز وجود دارند كه شماره ابعاد آنها متفاوت است.

صد سال قبل نويسنده اي به نام ادوين ابوت كتابي منتشر كردبا عنوان « سرزمين مسطح » كه در آن عالمي دو بعدي مورد بحث قرار گرفته بود.

قوانين علمي يك جهان دو بعدي احياناً با قوانين جهان سه بعدي ما تفاوت بسيار دارند به عنوان مثال امواج در يك جهان دوبعدي به سهولت جهان سه بعدي سير نمي كنند و بنابراين انواع واقسام دشواريها در خصوص برقراري ارتباط وانتقال پيامها پديد مي آيد واز آنجا كه ظهور حيات خودآگاه متكي به انتقال نخواهد شد . از سوي ديگر زندگي در عوالمي كه بيش از سه بعد دارند نيز با دشواريهاي خاص خود روبروست .

راز پنجم :

آيا سفر در زمان امكان‌پذير است؟

براساس نظريه نسبيت انيشتين امكان سفر در زمان خواه به آينده وخواه به گذشته وجود در عين حال به بروز بسياري از پاردوكس ها منجر مي شود از اين رو برخي از فيزيكدانان مدعي اند كه برخي از موانع عملي مانع از انجام چنين سفري مي شود (براي تفصيل مطلب به مجموعه مقالات ساينتيفيك امريكن در مورد مفهوم زمان رجوع شود.)

راز ششم :

آيا ما در يك صافي كيهاني زندگي مي‌كنيم ؟

هر چند مفهوم سياهچاله ها امروزه براي همگان آشناست اما اين اجرام عظيم كيهاني هنوز حيله وشگفتيهاي زيادي در آستين دارند ، سياهچاله ها ستاره هاي بزرگي هستند كه انرژي هسته اي خود را به پايان رسانده اند وهمه را در اثر تشعشع از دست داده‌اند در اين حال هسته عظيم وچگال ستاره تحت تأثير نيروي جاذبه غول آساي آن در كسري از ثانيه به درون خود ريزش مي كند اگر شكل هندسي هسته دقيقاً كروي باشد ، به واسطه اثر تقارن همه ماده موجود در مركز كره مجتمع مي شود و به اين ترتيب شدت ميدان جاذبه تا حد بسيار بسيار زيادي افزايش مي يابد.

از آنجا كه جاذبه تأثير خود را به صورت تغيير شكل زمان – مكان آشكار مي سازد (نظير يك گوي سنگين كه بر روي بالش قرار داده شود شكل آن را تغيير مي‌دهد) وجود يك ميدان جاذبه عظيم ومتمركز در يك نقطه هندسه زمان – مكان اطراف اين نقطه را دستخوش تغييرات اساسي مي سازد وحفره اي به وجود مي آورد كه همه چيز را به سمت خود مي‌كشد.

راز هفتم :

پديدار آگاهي از كجا وچگونه پديد آمده است ؟

پرسش بي پاسخ ديگري كه ذهن فيزيكدانان را به خود مشغول داشته اين است كه چرا برخي از جريانهاي الكتريكي نظير آنها كه در مغز وسلسله اعصاب جريان دارد با خود احساس وآگاهي به همراه مي آورد در حالي كه برخي ديگر از جريانهاي الكتريكي نظير آنها كه در شبكه هاي سراسري برق سير مي كنند ظاهراً چنين آثاري با خود به همراه نمي آورند.

مساله را به صورت معكوس نيز مي توان مطرح كرد چگونه است كه آگاهي واحساسات كه احياناً مادي نيستند مي توانند الكترونها ويونها را در مدارهاي مغز به حركت در آورند و موجب بروز پديدارهاي فيزيكي شوند سوال ديگري كه مي توان مطرح كرد اين است كه آيا اساساً اين قبيل پرسشها معنا دار هستند؟ واگر چنين است آيا پاسخگويي به آنها وظيفه فيزيكدانان است؟

برخي از فيزيكدانان معتقدند كه اگر فيزيك يك رشته فراگير است واگر علم نهايتاً قابل تحويل به امور فيزيكي است در آن صورت فيزيكدانان بايد به اينگونه پرسشها نيز بپردازند گاهي اوقات گفته مي شود كه حيات در لابلاي قوانين فيزيكي مندرج است.

البته هر چند اين نكته درست است كه اگر قوانين فيزيكي اندكي متفاوت مي بودند حيات شكل نمي‌گرفت و اما اگر اصلي تحت عنوان « اصل حيات» وجود داشته باشد نمي توان رد آن را در قوانين فيزيكي به دست آورد . براي دستيابي به اين اصل بايد به سراغ نظريه هاي رياضي نظير نظريه مربوط به سيستمهاي بسيار پيچيده يا نظريه هاي اطلاعات رفت هر چه باشد هر سلول زنده به يك معنا عبارت است از سيستمهاي بسيار پيچيده اي كه فعاليت اصليش پردازش اطلاعات و باز توليد است.