هفت راز فیزیک جدید

علیرغم پیشرفت‌های بسیار چشمگیری كه در فهم جهان فیزیكی نصیب علم جدید شده است ، شمار رازهای ناشناخته‌ای كه دانشمندان برای كشف آنها در تلاشند از حد و اندازه افزون است . در این مقاله به بررسی هفت راز بزرگ از میان مجموعه پرشمار اسرار كشف ناشده می‌پردازیم .
● راز اول : چه عاملی كیهان را به تكاپو وا می‌دارد؟
علم جدید تا برای این پرسش ، پاسخ خرسند كننده‌ای بدست نیاورد نمی‌تواند به كشف راز بسیاری دیگر از پدیده‌های جالب توجه اهتمام ورزد. برای درك اموری نظیر منشأ كیهان ، سرنوشت نهایی سیاهچاله‌ها ، امكان سفر در زمان ، می‌باید نخست برای این پرسش كه كیهان چگونه عمل می‌كند ، پاسخ درخوری یافت شود. فیزیك قرن بیستم بر مبنای دو نظریه بنیادین یعنی نظریه نسبیت انیشتین و نظریه مكانیك كوانتومی بنیاد شد. در قرن بیست و یكم دانشمندان با بهره‌گیری از این دو نظریه توفیق یافته‌اندكه شناخت خوبی از بسیاری از ذرات بنیادی به دست آورند اما این دو نظریه ظاهراً در بن و اساس با یكدیگر ناسازگارند و تصویرهای متعارضی از واقعیت نهایی ارائه می‌دهند. حال آنكه علی الفرض واقعیت می‌باید واحد باشد . تلاش برای وحدت بخشیدن به این دو نظریه ظاهراً متعارض، بسیاری از برجسته‌ترین دانشمندان را به خود مشغول داشته است. مشكل اساسی در این است كه نیروی جاذبه كه نظریه نسبیت درباره آن سخن می‌گوید ، كل ساختار زمان ‌ـ‌‌‌‌‌‌‌ مكان و بنابراین تمامی كیهان را در بر گرفته ، در حالی كه نظریه مكانیك كوانتومی درباره سه نیروی بنیادی دیگری سخن می‌گوید كه درون این ساختار جای دارد. به این ترتیب كاربرد نظریه كوانتومی درمورد نیروی جاذبه نظیر استفاده از جزء برای فهم كل‌، با مشكلاتی جدی همراه است.
● راز دوم : كیهان از چه چیز ساخته شده است؟
رصدهایی كه به وسیله اخترشناسان صورت می‌گیرد این نكته را مشخص ساخته كه به ازای هر یك گرم از ماده‌ای كه سیارات و ستارگان و كهكشان‌ها را بوجود آورده، چند گرم از ماده‌ای وجود دارد كه ماهیت آن ناشناخته است وجود این ماده بر اساس نوع رفتاری كه اجرام كیهانی از خود آشكار می‌سازند حدس زده می‌شود .
براساس قوانین فیزیك اگر آتشگردانی را با سرعت به چرخش درآوریم با سرعت در هوا به پرواز درخواهد‌آمد. در مورد ستارگانی كه در حاشیه كهكشانها به دور مركز در گردشند نیز دقیقاً همین وضع برقرار است . نخ یا رشته‌‌‌‌ای كه این ستارگان را پایبند نگه می‌دارد همان نیروی جاذبه است.
اما محاسبات نشان می‌دهد كه نیروی جاذبه حاصل از ماده فیزیكی قابل رؤیت موجود در كهكشانها برای نگهداری ستارگانی كه با جرم عظیم و سرعت زیاد در حاشیه آنها در حال گردشند كافی نیست.
برای نگهداری این ستارگان به صورت دیوان پای‌ در زنجیر، به طناب یا رشته مستحكم‌تری نیاز است و از همین‌جا دانشمندان نتیجه گرفته‌اند كه در درون هر كهكشان می‌باید ذخایر عظیمی از نوعی ماده نادیدنی وجود داشته باشد كه نیروی جاذبه لازم برای جلوگیری از گریز ستارگان را فراهم می‌آورد. استدلال مشابهی دلالت می‌كند بر اینكه از این نوع ماده نادیدنی می‌باید در فضای ما بین كهكشانها نیز موجود باشد و حركات كهكشانها را نسبت به یكدیگر تنظیم كند.
● راز سوم : آیا فرضیه نیروی ضد جاذبه كه انیشتین پیشنهاد كرد نادرست بود‌ ؟
انیشتین زمانی برای برقراری نوعی تعدیل در فرضیه‌ای كه درباره وضع و حال كیهان پیشنهاد كرده بود، به وجود نوعی نیروی ضد جاذبه قائل شد اما اندكی بعد این فرضیه را پس گرفت و از آن با عنوان «بزرگترین خبط علمی خود» یاد كرد.
اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد كه احیاناً وجود چنین نیرویی چندان دور از واقعیت نیست.
عبارتی كه انیشتین در معادلات مربوط به فرضیه نسبیت عام خود وارد ساخت، از خاصیت نیروی دافعه برخوردار است و موجب می‌شود كیهان دچار انبساط شود . انیشتین كه معتقد بود كیهان درحال ثبات قرار دارد ناگزیر شد این عبارت را اضافه كند تا اثر نیروهای انقباضی در معادلات خود ( ناشی از وجود جرم‌های عظیم در كیهان ) را خنثی سازد.
● راز چهارم :چرا ما در عالمی سه بعدی زیست می‌كنیم؟
فیزیكدانان براین باورند كه ظهور عالمی كه ما در آن جای داریم به دنبال وقوع مه بانگ (انفجار) اولیه امری كاملا تصادفی بوده واحیاناً كیهان هایی دیگری نیز وجود دارند كه شماره ابعاد آنها متفاوت است.
صد سال قبل نویسنده ای به نام ادوین ابوت كتابی منتشر كردبا عنوان « سرزمین مسطح » كه در آن عالمی دو بعدی مورد بحث قرار گرفته بود.
قوانین علمی یك جهان دو بعدی احیاناً با قوانین جهان سه بعدی ما تفاوت بسیار دارند به عنوان مثال امواج در یك جهان دوبعدی به سهولت جهان سه بعدی سیر نمی كنند و بنابراین انواع واقسام دشواریها در خصوص برقراری ارتباط وانتقال پیامها پدید می آید واز آنجا كه ظهور حیات خودآگاه متكی به انتقال نخواهد شد . از سوی دیگر زندگی در عوالمی كه بیش از سه بعد دارند نیز با دشواریهای خاص خود روبروست .
● راز پنجم : آیا سفر در زمان امكان‌پذیر است؟
براساس نظریه نسبیت انیشتین امكان سفر در زمان خواه به آینده وخواه به گذشته وجود در عین حال به بروز بسیاری از پاردوكس ها منجر می شود از این رو برخی از فیزیكدانان مدعی اند كه برخی از موانع عملی مانع از انجام چنین سفری می شود (برای تفصیل مطلب به مجموعه مقالات ساینتیفیك امریكن در مورد مفهوم زمان رجوع شود.)
● راز ششم : آیا ما در یك صافی كیهانی زندگی می‌كنیم ؟
هر چند مفهوم سیاهچاله ها امروزه برای همگان آشناست اما این اجرام عظیم كیهانی هنوز حیله وشگفتیهای زیادی در آستین دارند ، سیاهچاله ها ستاره های بزرگی هستند كه انرژی هسته ای خود را به پایان رسانده اند وهمه را در اثر تشعشع از دست داده‌اند در این حال هسته عظیم وچگال ستاره تحت تأثیر نیروی جاذبه غول آسای آن در كسری از ثانیه به درون خود ریزش می كند اگر شكل هندسی هسته دقیقاً كروی باشد ، به واسطه اثر تقارن همه ماده موجود در مركز كره مجتمع می شود و به این ترتیب شدت میدان جاذبه تا حد بسیار بسیار زیادی افزایش می یابد.
از آنجا كه جاذبه تأثیر خود را به صورت تغییر شكل زمان – مكان آشكار می سازد (نظیر یك گوی سنگین كه بر روی بالش قرار داده شود شكل آن را تغییر می‌دهد) وجود یك میدان جاذبه عظیم ومتمركز در یك نقطه هندسه زمان – مكان اطراف این نقطه را دستخوش تغییرات اساسی می سازد وحفره ای به وجود می آورد كه همه چیز را به سمت خود می‌كشد.
● راز هفتم : پدیدار آگاهی از كجا وچگونه پدید آمده است ؟
پرسش بی پاسخ دیگری كه ذهن فیزیكدانان را به خود مشغول داشته این است كه چرا برخی از جریانهای الكتریكی نظیر آنها كه در مغز وسلسله اعصاب جریان دارد با خود احساس وآگاهی به همراه می آورد در حالی كه برخی دیگر از جریانهای الكتریكی نظیر آنها كه در شبكه های سراسری برق سیر می كنند ظاهراً چنین آثاری با خود به همراه نمی آورند.
مساله را به صورت معكوس نیز می توان مطرح كرد چگونه است كه آگاهی واحساسات كه احیاناً مادی نیستند می توانند الكترونها ویونها را در مدارهای مغز به حركت در آورند و موجب بروز پدیدارهای فیزیكی شوند سوال دیگری كه می توان مطرح كرد این است كه آیا اساساً این قبیل پرسشها معنا دار هستند؟ واگر چنین است آیا پاسخگویی به آنها وظیفه فیزیكدانان است؟
برخی از فیزیكدانان معتقدند كه اگر فیزیك یك رشته فراگیر است واگر علم نهایتاً قابل تحویل به امور فیزیكی است در آن صورت فیزیكدانان باید به اینگونه پرسشها نیز بپردازند گاهی اوقات گفته می شود كه حیات در لابلای قوانین فیزیكی مندرج است.
البته هر چند این نكته درست است كه اگر قوانین فیزیكی اندكی متفاوت می بودند حیات شكل نمی‌گرفت و اما اگر اصلی تحت عنوان « اصل حیات» وجود داشته باشد نمی توان رد آن را در قوانین فیزیكی به دست آورد . برای دستیابی به این اصل باید به سراغ نظریه های ریاضی نظیر نظریه مربوط به سیستمهای بسیار پیچیده یا نظریه های اطلاعات رفت هر چه باشد هر سلول زنده به یك معنا عبارت است از سیستمهای بسیار پیچیده ای كه فعالیت اصلیش پردازش اطلاعات و باز تولید است.

منبع : شبکه فیزیکی هوپا