هفت راز فیزیک جدید

علیرغم پیشرفت های بسیار چشمگیری که در فهم جهان فیزیکی نصیب علم جدید شده است، شمار رازهای ناشناخته ای که دانشمندان برای کشف آنها در تلاش هستند از حد و اندازه افزون است. در مطلب زیر که برگرفته از شبکه فیزیکی هوپا است به بررسی هفت راز بزرگ از میان مجموعه پرشمار اسرار کشف ناشده می پردازیم.
 

● راز اول: چه عاملی کیهان را به تکاپو وا می دارد؟

علم جدید تا برای این پرسش، پاسخ خرسند کننده ای بدست نیاورد نمی تواند به کشف راز بسیاری دیگر از پدیده های جالب توجه اهتمام ورزد. برای درک اموری نظیر منشا کیهان، سرنوشت نهایی سیاهچاله ها، امکان سفر در زمان، می باید نخست برای این پرسش که کیهان چگونه عمل می کند، پاسخ درخوری یافت شود. فیزیک قرن بیستم بر مبنای دو نظریه بنیادین یعنی نظریه نسبیت انیشتین و نظریه مکانیک کوانتومی بنیاد شد. در قرن بیست و یکم دانشمندان با بهره گیری از این دو نظریه توفیق یافته اند که شناخت خوبی از بسیاری از ذرات بنیادی به دست آورند اما این دو نظریه ظاهرا در بن و اساس با یکدیگر ناسازگارند و تصویرهای متعارضی از واقعیت نهایی ارائه می دهند. حال آنکه علی الفرض واقعیت می باید واحد باشد. تلاش برای وحدت بخشیدن به این دو نظریه ظاهرا متعارض، بسیاری از برجسته ترین دانشمندان را به خود مشغول داشته است. مشکل اساسی در این است که نیروی جاذبه که نظریه نسبیت درباره آن سخن می گوید، کل ساختار زمان، مکان و بنابراین تمامی کیهان را در برگرفته، درحالی که نظریه مکانیک کوانتومی درباره سه نیروی بنیادی دیگری سخن می گوید که درون این ساختار جای دارد. به این ترتیب کاربرد نظریه کوانتومی درمورد نیروی جاذبه نظیر استفاده از جز» برای فهم کل ، با مشکلاتی جدی همراه است.

● راز دوم: کیهان از چه چیز ساخته شده است؟

رصدهایی که به وسیله اخترشناسان صورت می گیرد این نکته را مشخص ساخته که به ازای هر یک گرم از ماده ای که سیارات و ستارگان و کهکشان ها را بوجود آورده، چند گرم از ماده ای وجود دارد که ماهیت آن ناشناخته است وجود این ماده بر اساس نوع رفتاری که اجرام کیهانی از خود آشکار می سازند حدس زده می شود. براساس قوانین فیزیک اگر آتشگردانی را با سرعت به چرخش درآوریم با سرعت در هوا به پرواز درخواهد آمد. در مورد ستارگانی که در حاشیه کهکشان ها به دور مرکز در گردشند نیز دقیقا همین وضع برقرار است.

نخ یا رشته ای که این ستارگان را پایبند نگه می دارد همان نیروی جاذبه است. اما محاسبات نشان می دهد که نیروی جاذبه حاصل از ماده فیزیکی قابل رویت موجود در کهکشان ها برای نگهداری ستارگانی که با جرم عظیم و سرعت زیاد در حاشیه آنها در حال گردشند کافی نیست. برای نگهداری این ستارگان به صورت دیوان پای در زنجیر، به طناب یا رشته مستحکم تری نیاز است و از همین جا دانشمندان نتیجه گرفته اند که در درون هر کهکشان می باید ذخایر عظیمی از نوعی ماده نادیدنی وجود داشته باشد که نیروی جاذبه لازم برای جلوگیری از گریز ستارگان را فراهم می آورد. استدلال مشابهی دلالت می کند بر اینکه از این نوع ماده نادیدنی می باید در فضای ما بین کهکشان ها نیز موجود باشد و حرکات کهکشان ها را نسبت به یکدیگر تنظیم کند.

● راز سوم: آیا فرضیه نیروی ضد جاذبه که انیشتین پیشنهاد کرد نادرست بود ؟

انیشتین زمانی برای برقراری نوعی تعدیل در فرضیه ای که درباره وضع و حال کیهان پیشنهاد کرده بود، به وجود نوعی نیروی ضد جاذبه قائل شد اما اندکی بعد این فرضیه را پس گرفت و از آن با عنوان «بزرگترین خبط علمی خود» یاد کرد. اما تحقیقات جدید نشان می دهد که احیانا وجود چنین نیرویی چندان دور از واقعیت نیست. عبارتی که انیشتین در معادلات مربوط به فرضیه نسبیت عام خود وارد ساخت، از خاصیت نیروی دافعه برخوردار است و موجب می شود کیهان دچار انبساط شود. انیشتین که معتقد بود کیهان درحال ثبات قرار دارد ناگزیر شد این عبارت را اضافه کند تا اثر نیروهای انقباضی در معادلات خود (ناشی از وجود جرم های عظیم در کیهان) را خنثی سازد.

● راز چهارم: چرا ما در عالمی سه بعدی زیست می کنیم؟

فیزیکدانان بر این باورند که ظهور عالمی که ما در آن جای داریم به دنبال وقوع مه بانگ (انفجار) اولیه امری کاملا تصادفی بوده و احیانا کیهان هایی دیگری نیز وجود دارند که شماره ابعاد آنها متفاوت است. صد سال قبل نویسنده ای به نام «ادوین ابوت» کتابی منتشر کرد با عنوان «سرزمین مسطح» که در آن عالمی دو بعدی مورد بحث قرار گرفته بود. قوانین علمی یک جهان دو بعدی احیانا با قوانین جهان سه بعدی ما تفاوت بسیار دارند به عنوان مثال امواج در یک جهان دوبعدی به سهولت جهان سه بعدی سیر نمی کنند و بنابراین انواع و اقسام دشواری ها درخصوص برقراری ارتباط و انتقال پیام ها پدید می آید و از آنجا که ظهور حیات خودآگاه متکی به انتقال نخواهد شد. از سوی دیگر زندگی در عوالمی که بیش از سه بعد دارند نیز با دشواری های خاص خود روبروست.

● راز پنجم: آیا سفر در زمان امکان پذیر است؟

براساس نظریه نسبیت انیشتین امکان سفر در زمان خواه به آینده وخواه به گذشته وجود در عین حال به بروز بسیاری از پاردوکس ها منجر می شود از این رو برخی از فیزیکدانان مدعی هستند که برخی از موانع عملی مانع از انجام چنین سفری می شود.

● راز ششم: آیا ما در یک صافی کیهانی زندگی می کنیم؟

هر چند مفهوم سیاهچاله ها امروزه برای همگان آشناست اما این اجرام عظیم کیهانی هنوز حیله و شگفتی های زیادی در آستین دارند، سیاهچاله ها ستاره های بزرگی هستند که انرژی هسته ای خود را به پایان رسانده اند و همه را در اثر تشعشع از دست داده اند در این حال هسته عظیم و چگال ستاره تحت تاثیر نیروی جاذبه غول آسای آن در کسری از ثانیه به درون خود ریزش می کند اگر شکل هندسی هسته دقیقا کروی باشد، به واسطه اثر تقارن همه ماده موجود در مرکز کره مجتمع می شود و به این ترتیب شدت میدان جاذبه تا حد بسیار بسیار زیادی افزایش می یابد. از آنجا که جاذبه تاثیر خود را به صورت تغییر شکل زمان مکان آشکار می سازد (نظیر یک گوی سنگین که اگر برروی بالش قرار داده شود شکل آن را تغییر می دهد) وجود یک میدان جاذبه عظیم ومتمرکز در یک نقطه هندسه زمان مکان اطراف این نقطه را دستخوش تغییرات اساسی می سازد وحفره ای به وجود می آورد که همه چیز را به سمت خود می کشد.

● راز هفتم: پدیدار آگاهی از کجا وچگونه پدید آمده است؟

پرسش بی پاسخ دیگری که ذهن فیزیکدانان را به خود مشغول داشته این است که چرا برخی از جریان های الکتریکی نظیر آنها که در مغز و سلسله اعصاب جریان دارد با خود احساس و آگاهی به همراه می آورد درحالی که برخی دیگر از جریان های الکتریکی نظیر آنها که در شبکه های سراسری برق سیر می کنند ظاهرا چنین آثاری با خود به همراه نمی آورند. مساله را به صورت معکوس نیز می توان مطرح کرد چگونه است که آگاهی و احساسات که احیانا مادی نیستند می توانند الکترون ها و یون ها را در مدارهای مغز به حرکت درآورند و موجب بروز پدیدارهای فیزیکی شوند سوال دیگری که می توان مطرح کرد این است که آیا اساسا این قبیل پرسش ها معنادار هستند؟ واگر چنین است آیا پاسخگویی به آنها وظیفه فیزیکدانان است؟

برخی از فیزیکدانان معتقدند که اگر فیزیک یک رشته فراگیر است واگر علم نهایتا قابل تحویل به امور فیزیکی است در آن صورت فیزیکدانان باید به اینگونه پرسش ها نیز بپردازند گاهی اوقات گفته می شود که حیات در لابلای قوانین فیزیکی مندرج است. البته هرچند این نکته درست است که اگر قوانین فیزیکی اندکی متفاوت می بودند حیات شکل نمی گرفت و اما اگر اصلی تحت عنوان «اصل حیات» وجود داشته باشد نمی توان رد آن را در قوانین فیزیکی به دست آورد.

برای دستیابی به این اصل باید به سراغ نظریه های ریاضی نظیر نظریه مربوط به سیستم های بسیار پیچیده یا نظریه های اطلاعات رفت هر چه باشد هر سلول زنده به یک معنا عبارت است از سیستم های بسیار پیچیده ای که فعالیت اصلیش پردازش اطلاعات و باز تولید است.