هفت سوالی که خواب از چشم فیزیک‌دانان ربوده است

احسان سنایی

هر شب که پیش از خواب، مشکلات روزمره خود را برانداز کرده و به راه‌حلشان فکر می‌کنیم؛ کسانی هستند که آرامش اندیشه‌های شبانه‌شان را در جدال با رازهای دیرینه و سرسخت جهان پیرامون‌مان بر هم می‌زنند؛ اندیشه‌هایی که شاید در خواب هم تجربه‌اش نکرده باشیم!

هفته پیش، فستیوال ۱۰ روزه‌ای با عنوان «کوانتوم تا کیهان» در انیستیتو فیزیک نظری پرمیر واقع در واترلوی کانادا برگزار شد. در این نشست که به مناسب دهمین سالگرد تأسیس انیستیتو پرمیر برگزار شده بود، دانشمندان سرشناسی از اقصی نقاط جهان به ارائه سخنرانی در زمینه سه موضوع نظریه کوانتومی، کیهان‌شناسی نوین و نیز ایده‌های آینده بشر پرداختند.

مایکل گریفین، رییس سابق سازمان فضایی آمریکا (ناسا) و پروفسور کیپ تورن (جانشین ریچارد فاینمن در انیستیتو فناوری کالیفرنیا) نیز از جمله سخنرانان این همایش بودند. اما یکی از جالب‌ترین حواشی این نشست علمی زمانی رخ داد که در حضور صدها تماشاگر، از چندین فیزیک‌دان برجسته جهان پرسیده شد: «چه افکاری خواب شب را از شما ربوده است؟»

جلسه پرسش و پاسخ از فیزیک‌دانان – نشست واترلو

چرا قوانین جهان به شیوه کنونی‌شان تنظیم شده‌ا‌ند؟

دکتر سین کارول از انیستیتو فناوری کالیفرنیا (کلتک) معتقد است، همواره سایه این سؤال سخت بر تلاش‌های پی‌گیر فیزیک‌دانان در حوزه قوانین بنیادین جهان سنگینی می‌کرده است؛ این‌که چرا جهان را این‌گونه می‌بینیم؟

اگر تاکنون به وجود قوانین بسیاری پی برده‌ایم، پس چرا جهان‌های دیگری وجود نداشته باشد که همان قوانین بر آن‌ها حکمرانی کند؟ او در ادامه گفت:

«شاید بفهمیم که جهان مشابه دیگری وجود ندارد؛ اما من به صحت این گفته شک دارم.»

او معتقد است که تصور وجود جهان‌هایی با قوانین متفاوت آسان است؛ پس در خصوص جهان خودمان باید پرسید: چرا این قوانین و نه قوانین دیگری؟

جهان از چه چیزی ساخته شده است؟

امروزه می‌دانیم که ماده معمولی (اتم‌ها و مولکول‌هایی که ستارگان، کهکشان‌ها و خود ما را ساخته است)، تنها ۴% از محتوای جهان ما را در برگرفته است. همان ۹۶% باقیمانده است که خواب را از چشمان کاترین فریس، فیزیک‌دان دانشگاه میشیگان ربوده است.

او معتقد است به بخشی از این سؤال در آینده‌ای نزدیک پاسخ داده خواهد شد؛ این‌که ماده تاریک چیست؟ ماده تاریک، ۲۳% از جهان را تشکیل داده و طبق گفته‌های فریس، نتایج اخیر مشاهدات تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی نشان داده است که ساختار ماده تاریک تا حد زیادی با تصور کنونی ما از آن تطابق دارد.

اما از طرفی کشف «انرژی تاریک» در اواخر قرن بیستم، معماهای بسیاری را مطرح ساخت که امروزه نمی‌توان پاسخ صریحی به آن‌ها داد.

انرژی تاریک، میدان مرموزی از انرژی دافعه است که با اختصاص حدود ۷۰% از ساختار جهان به خود، نرخ انبساط کیهان را شتاب می‌بخشد. پس این سؤال را می‌توان این‌چنین نیز پرسید:

انرژی تاریک چیست و چرا آن‌قدر ضعیف است که دخالتی در فرآیند شکل‌گیری کهکشان‌ها، ستارگان و نهایتاً ظهور حیات نداشته است؟

پیچیدگی از چه نشأت می‌گیرد؟

واقعیت مرموزی است که از رفتارهای غیرقابل پیش‌بینی بنگاه‌های مالی گرفته تا سر برآوردن حیات پویا از ماده‌ای مرده و کسل کننده را توجیه می‌کند؛ واقعیتی که ذهن دکتر لوئی کادانانوف، فیزیک‌دان و ریاضیدان کاربردی دانشگاه شیکاگو را نیز به ذهن خود مشغول کرده است؛ این‌که پیچیدگی یک سیستم ناشی از چیست؟

او معتقد است اگرچنانچه فیزیک‌دانان ذرات بنیادین و کیهان‌شناسان توجه خود را صرفاً معطوف به مقیاس‌های بسیار بزرگ و بسیار کوچک کنند؛ حقیقت مهمی را در این میان نادیده گرفته‌اند. او می‌گوید:

«ما هنوز نمی‌دانیم چگونه یک شیشه معمولی پنجره کار می‌کند و شکل خود را حفظ کرده است. پژوهش در باب اشیاءِ آشنا و معمولی، به اندازه درک (ساختارشان) حائز اهمیت است.»

او معتقد است حقیقت حیات را تنها زمانی می‌توان به درستی درک کرد که بفهمیم وقوع واکنش‌های ساده مابین مؤلفه‌های ساده‌تر، نهایتاً چگونه به خلق ساختارها و پدیده‌هایی پیچیده ختم می‌شود؟

آیا صحت نظریه ریسمان به اثبات خواهد رسید؟

دیوید تانگ، فیزیک‌دان دانشگاه کمبریج، مسحور ریاضیات زیبای نظریه ریسمان است؛ نظریه‌ای که بر اساس آن، بنیادی‌ترین حالت ماده نه بصورت ذرات که بصورت ریسمان‌های ریز و مرتعش خودنمایی می‌کند.

با این حال او اعتراف می‌کند یک‌بار این نظریه او را دچار بحران فلسفی کرده است؛ زمانی‌که فهمید تمام عمرش را زنده بوده، بدون آن‌که بداند آیا واقعاً این نظریه تمامی واقعیت‌ها را توصیف می‌کند یا خیر. حتی بعید است آزمایشاتی چون «ابرتصادم‌گر هادرونی» و یا ماهواره پلانک که صرفاً با هدف آشکار ساختن رازهای خاصی از جهان ما طراحی شده‌اند؛ قضاوتی قطعی در خصوص صحت نظریه ریسمان داشته باشند.

تانگ، آرامش خود را در زمانی می‌بیند که این نظریه را بتوان با هدف توضیح مسائل غیربنیادی‌تری همچون رفتار کوارک‌ها و فلزات نامتعارف به کار گرفت. او می‌گوید: «نظریه مفیدی است؛ از این رو بر روی آن متمرکز شده‌ام.»

جهان از چه آغاز شد؟

بزرگ‌ترین دغدغه ذهنی همه کیهان‌شناسان از جمله دکتر نیل توروک، مدیر انیستیتو فیزیک نظری پرمیر؛ مسأله آفرینش است. نظریه متداول «انفجار بزرگ»، آغاز جهان را از نقطه‌ای با چگالی و دمای بی‌نهایت می‌داند؛ نقطه‌ای موسوم به تکینگی که علم فیزیک را نیز درهم می‌شکند. توروک می‌گوید:

«ما نمی‌دانیم چگونه باید آن را توصیف کرد؛ چگونه کسی می‌تواند بدون این (نقطه) ادعای نظریه‌ای را برای توضیح همه چیز بکند؟»

او امیدوار است که با پیشرفت «نظریه ریسمان» و مفهوم جدیدی به نام «اصل هولوگرافیک» (که به توصیف نقطه تکینگی در سه بعد می پردازد)، بتوان ویژگی‌های ساختاری این نقطه را در دو بعد پیاده کرد. او می‌گوید:

«این ابزارها به ما روش‌های جدید تفکر در خصوص مسأله (آفرینش) را نشان می‌دهند؛ روش‌هایی که از دید ریاضیاتی بسیار خرسند کننده‌اند.»

آنتون زیلینگر

«واقعیت» چیست؟

جهان ماده تا حدی فراتر از قوه ادراک ماست اما به عقیده پروفسور آنتون زیلینگر، فیزیک‌دان دانشگاه وینا، فیزیک‌دانان به مرزهایی بسیار فراتر از این حدود دست یافته‌اند.

زیلینگر به آزمایشات نظریه کوانتومی اشاره می‌کند؛ آزمایشاتی که تأثیرات ظاهری ناظر را در شکل‌گیری واقعیت نشان داده‌اند. او می‌گوید:

«شاید پیشرفت واقعی زمانی رخ خواهد داد که بتوانیم به ارتباط مابین حقیقت، علم و رفتارهای خودمان پی ببریم.»

شاید اندکی ناباورانه به نظر برسد اما وجود چنین ارتباطی در عمل به خوبی به اثبات رسیده است. زیلینگر و دیگران نشان داده‌اند ذراتی که در فواصل بسیار دوری از هم قرار دارند؛ در میدان‌های کوانتومی با هم ارتباط دارند، به طوری که بررسی یکی از آن‌ها بر نتیجه بررسی دیگری تأثیر خواهد گذاشت.

هیچ‌کس هنوز نتوانسته است بفهمد زمانی‌که در حال تماشای جهانیم، «در واقع» جهان چگونه به نظر می‌رسد!

فیزیک، ما را تا کجا خواهد برد؟

شاید بزرگ‌ترین سؤال این باشد که تحقیقات علمی که از زمان گالیله و کپلر همچنان در حال کشف رازهای بیشتر و بیشتری از جهان پیرامون‌مان هستند؛ کی به آخر خط می‌رسند؟

لارنس کراس از دانشگاه ایالتی آریزونا می‌گوید: «در این فکرم که آیا به مرزهای علم تجربی رسیده‌ایم یا خیر.»

کراس همچنین در این اندیشه است که آیا برای پاسخ به سؤال سین کارول در خصوص علت تنظیم قوانین این‌چنینی در جهان (اولین سوال)، نیازمند به درک قوانین جهان‌های دیگر نیز هستیم یا نه.

اگر پاسخ این سوال مثبت باشد و کسب اطلاعات از جهان‌های دیگر غیرممکن؛ آن‌گاه است که باید گفت به انتهای درک خود از ساختار جهان‌مان رسیده‌ایم.

پروفسور نیل توروک – مدیر انیستیتو فیزیک نظری پرمیر

توروک معتقد است که علت تأسیس انیستیتو پرمیر فراهم ساختن محیطی آزاد برای جذب اندیشه‌های برخی از درخشان‌ترین متفکران جهان است. با وجود چنین شرایط خوشبینانه‌ای برای تفکر خلاق، امکان پاسخ به چنین سؤالاتی نیز وجود دارد.

شاید آن‌وقت است که تمامی فیزیک‌دانان متفکر و آشفته، اندکی آسوده می‌شوند و یا حداقل تفکرات‌شان به سمت مسائل پیش پاافتاده‌تری سوق پیدا می‌کند.