فیزیک به پایان راه خود می‌رسد؟

وبسایت فرادید: یک خط فکری آزاردهنده و جنجالی در جامعۀ فیزیک شکل گرفته است.

به گزارش ایندیپندنت، این خط فکری از این تفکر ناشی می‌شود که ما در حال رسیدن به حد نهایت قطعی در درک جهان پیرامون خود هستیم و علم بیش از این راهگشا نخواهد بود.

هری کلیف، دانشمندان فیزیک ذرات در سازمان اروپایی پژوهشهای هسته‌ای (سِرن)، اخیراً در جریان یک گفتگوی TED در ژنو گفته است: "چند سال آینده آشکار خواهد که آیا می‌توانیم درکمان را از طبیعت افزایش دهیم و یا اینکه شاید برای اولین بار در تاریخ علم به سوالهایی برسیم که توان پاسخگویی به آن را نخواهیم داشت."

دلیل رسیدن به این نهایت هولناک، آنگونه که کلیف می‌گوید این است که "قوانین فیزیک مانع از پیشروی بیشتر می‌شود."


اساس استدلال کلیف، چیزی است که او دو عدد خطرناک کیهان می‌نامد. این اعداد مسئول وجود تمام ماده، ساختار و حیاتی هستند که ما در سراسر کیهان مشاهده می‌کنیم.

اعدادی که کلیف می‌گوید که اگر حتی ذره‌ای متفاوت بودند، کیهان به جایی تهی و فاقد حیات بدل می‌شود.

عدد خطرناک اول: توان میدان هیگز

اولین عدد خطرناک مدنظر کلیف، ارزشی است که توان چیزی را که میدان هیگز نامیده می‌شود را نشان می‌دهد. سازوکار هیگز، یک میدان نامرئی انرژی است که کم و بیش با میدانهای مغناطیسی دیگر که در سراسر کیهان شاهدیم مشابه است.

همچنان که ذرات در میدان هیگز شناور می‌شوند، جرم می‌گیرند و نهایتاً بدل به پروتونها، نوترونها و الکترونهایی می‌شوند که کل اتمهایی را ساخته‌اند که شما، من و هر آنچه اطراف خود را می‌بینید را تشکیل داده‌اند.

بدون این عدد، ما اینجا نبودیم.

ما تقریباً با قطعیت می‌دانیم که میدان هیگز وجود دارد و آن هم به مدد کشف عظیمی بود که در سال ۲۰۱۲ فیزیکدانان در پژوهشگاه سِرن انجام دادند و به وجود ذرۀ بنیادینی به نام بوزان هیگز پی بردند. برمبنای نظریۀ موجود، شما نمی‌توانید بدون وجود میدان هیگز، بوزان هیگز داشته باشید.

اما موضوعی رازآلود در رابطه با میدان هیگز وجود دارد که همچنان ذهن فیزیکدانانی نظیر کلیف را به خود مشغول داشته است.

بر اساس نظریۀ نسبیت عمومی انیشتین و نظریۀ مکانیک کوانتوم (دو نظریه در فیزیک عامل درک ما از کیهان در مقیاسهای فوق‌العاده عظیم و شدیداً کوچک هستند) آنچه که میدان هیگز انجام می‌دهد از دو حالت خارج نیست.

یا باید خاموش باشد، یعنی اینکه ارزش توان آن صفر باشد و در این حالت کار نمی‌کند که به ذرات جرم دهد؛ یا اینکه باید روشن باشد و بر مبنای نظریه "روی ارزش باشد" که و این ارزش عددی بسیار بزرگ است. اما هیچ یک از این سناریوها چیزی نبوده که فیزیکدانها مشاهده کرده‌اند.

کلیف می‌گوید: "در واقع، میدان هیگز تنها قدری روشن است. صفر نیست، اما ده هزاران تریلیون بار ضعیفتر از ارزش کاملاً روشن است؛ قدری شبیه به کلید لامپی که بین روشن و خاموش گیر کرده باشد. این ارزش حیاتی است. اگر عدد آن ذره‌ای فرق می‌کرد، هیچ ساختار فیزیکی‌ای در کیهان وجود نداشت."

اینکه چرا توان میدان هیگز اینقدر ضعیف است، از درک ما خارج است. فیزیکدانان امیدوارند که با کشف ذرات جدید در شتاب‌دهندۀ ارتقایافتۀ سرن، به پاسخی برای این سوال برسند. تا اینجا اما، هنوز تلاششان ادامه دارد.


عدد خطرناک دوم: توان انرژی تاریک

عدد خطرناک دومی که کلیف از آن صحبت می‌کند، به چیزی بازمی‌گردد که فیزیکدانان به آن لقب "بدترین پیش‌بینی تئوریک در تاریخ فیزیک" را داده‌اند.

این عدد خطرناک با اعماق فضای تاریک و پدیده‌ای به شدت پیچیده به نام انرژی تاریک سروکار دارد.

انرژی تاریک، نیروی دافعه‌ای است که مسئول افزایش شتاب انبساط کیهان ماست و اولین بار در سال ۱۹۹۸ اندازه‌گیر شد.

کلیف می‌گوید: "همچنان نمی‌دانیم که انرژی تاریک چیست. اما بهترین نظریه‌ در این مورد این است که این انرژیِ خود فضای تهی است؛ انرژی خلاء."

اگر این موضوع حقیقت داشته باشد، شما برای محاسبۀ ارزش توان انرژی تاریک، باید مجموع کل انرژی خلاء را محاسبه کنید. و اگرچه فیزیکدانان تئوریک چنین کرده‌اند، اما یک مشکل عظیم در رابطه با پاسخشان وجود دارد که کلیف به شکل زیر آن را شرح می‌دهد.

کلیف می‌گوید: "انرژی تاریک باید ۱۰۱۲۰ برابر قوی‌تر از ارزشی باشد که ما از نجوم به آن می‌رسیم. این عدد چنان بزرگ است که درک آن غیر ممکن است. این عدد از هر عدد دیگری در نجوم بزرگتر است. این عدد هزار تریلیون تریلیون تریلیون برابر از تعداد اتمهای موجود در کیهان بزرگتر است. این یک پیشگویی خیلی بد است."


ما خوش شانس هستیم که انرژی تاریک کوچکتر از آن میزانی است که تئوریسین‌ها پیش‌بینی می‌کنند. اگر انرژی تاریک بر مبنای مدلهای نظری ما بود، آنگاه نیروی دافعۀ انرژی تاریک چنان عظیم می‌شد که کیهان را متلاشی می‌کرد. نیروهای بنیادینی که اتمها را کنار هم نگاه می‌دارد، در برابر این انرژی بی‌دفاع می‌ماند و هیچ چیز نمی‌توانست شکل بگیرد و خبری از کهکشانها، ستاره‌ها، سیارات و حیات وجود نداشت.

از سوی دیگر، اینکه نمی‌توانیم با استفاده از نظریه‌های کنونی‌مان اندازه‌گیری بهتری از انرژی تاریک انجام دهیم که مطابق با مشاهدات موجود باشند، شدیداً ناامید کننده است.

یافتن پاسخ ممکن است غیرممکن باشد
کلیف می‌گوید که یک راه ممکن برای یافتن پاسخ برخی از این سوالات وجود دارد، اما ممکن است هیچگاه توان اثبات آن را نیابیم.

اگر می‌توانستیم به طریق اثبات کنیم که کیهان ما فقط یکی از کیهانها در میان میلیاردها کیهان دیگر است، به گفتۀ کلیف، "ناگهان می‌توانیم ارزشهای این دو عدد خطرناک را که به شکلی عجیب تنظیم شده هستند و با هم هماهنگند را درک کنیم، چر که در اغلب کیهانهای تئوری چندکیهانی، انرژی تاریک چنان قوی است که کیهان فرو می‌پاشد یا میدان هیگز چنان ضعیف است که هیچ اتمی نمی‌تواند شکل بگیرید."

برای اثبات این موضوع، فیزیکدانان می‌بایست ذرات جدیدی را کشف کنند که با تئوری‌های رادیکالی نظیر نظریۀ ریسمان که وجود چندکیهانی را پیش‌بینی می‌کنند جور دربیایند. در حال حاضر، تنها جایی در جهان که امکان احتمال تولید چنین ذراتی را، در صورت وجود، دارد، هادرون کلایدر بزرگ در سرن است.


فیزیکدانان تنها دو تا سه سال وقت دارند، چرا که سرن قرار است برای ارتقا دادن هادرون کلایدر بزرگ آن را تعطیل کند. کلیف می‌گوید که اگر تا آن زمان چیزی یافت نشود، ممکن است آغاز یک پایان رقم بخورد.

او می‌گوید: "ما داریم وارد عصر جدیدی در فیزیک می‌شویم. عصری که در آن به ویژگی‌های عجیبی در کیهان برمی‌خوریم که قادر به توضیحشان نیستیم. عصری که نشانه‌هایی از جهان چندکیهانی را شاهد هستیم، اما این نشانه‌ها فراتر از دسترس ما هستند. عصری که قادر نخواهیم به این پرسش پاسخ دهیم که چرا به جای هیچ، چیزی هست."