رادیو زمانه

تاریخ انتشار مطلب: ۶ خرداد ۱۳۸۹
کشف پاسخی نو به چیستان «بودن»

«این فقط انگشت خداست»

Dennis Overbye
برگردان: احسان سنایی

هفته‌ی گذشته، فیزیکدانان آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده‌ی فرمی از کشف مدرکی جدید در حل یکی از گسترده‌ترین رازهای دیرپای فیزیک و کیهان‌شناسی خبر دادند: این‌که چرا جهان از ماده و نه از خواهر شیطان‌صفت‌اش، پادماده، تشکیل شده است؟ اگرچنانچه کشف مزبور، از زیر ذره‌بین تیزبین آزمایشات این حوزه از فیزیک نیز بگذرد، نه‌تنها نوید روشنی بر آینده‌ی کشفیات شگرف و بنیادین ابرتصادم‌گر هادرونی (LHC) خواهد بود، که تفسیری جدید از دلیل «بودن»مان را نیز ارائه خواهد داد1.


خطوط شگفت‌انگیز حاصل از واپاشی ذراتی موسوم به نوترینو به الکترون و موئون در شتاب‌دهنده‌ی تواترون / عکس از Dan McCoy

در جهانی که تقارن اشباع‌اش‌ کرده باشد و بتوان از دیدگاه ریاضی کامل‌اش خواند، اصلاً «وجود»مان هیچ‌گونه توجیهی ندارد. بر اساس فرضیه‌‌ای که هم‌اکنون به‌عنوان پذیرفته‌ترین تفسیر پیدایش هستی مطرح است و محصول هم‌دستی نسبیت اینشتین و مکانیک کوانتومی (در عین آشتی‌ناپذیری‌شان) است، از همان نخستین ثانیه‌های پس از پیدایش هرآنچه در جهان روانه شد، انبوهی از ماده و پادماده – چون نفت و پنبه – با توزیعی شدیداً متقارن بود که در آتش‌بازی کیهانی ناگزیر و بی‌نظیری به‌هم‌آمیختند و آنچه به‌جا ماند (که نباید می‌ماند)، تخم پاک و امنی از ماده بود که ستارگان، کهکشان‌ها، ما و هر آنچه هست از آن سربرآوردند و امروزه فیزیکدانان درصددند که چرا؟

گروهی موسوم به «اتحاد D0»، با بررسی داده‌های حاصل از برخوردهای پروتون-آنتی‌پروتونی صورت‌پذیرفته در قلب تصادم‌گر تواترون (Tevatron) آزمایشگاه فرمی‌لب واقع در ایالت ایلیونز، که تا زمستان گذشته قدرتمندترین شتاب‌دهنده‌ی جهان بود، دریافتند آمار برخوردهایی که به خلق جفتی از ذراتی موسوم به «موئون» انجامیده، اندکی بیشتر از آن‌هایی است که جفت‌ذره‌های پادموئونی را شکل داده‌اند. از این‌رو جهان ریز شتاب‌دهنده در اندک زمانی، از شرایط خنثی و برابر، به برتری یک درصدی ماده بر پادماده تغییر حالت داد2.

دکتر «گنادی بوریسوف»، یکی از سرپرستان پژوهش مزبور از دانشگاه لنکستر انگلستان، در گفت‌وگویی با نیویورک‌تایمز آورده است: «این نتایج، نقطه‌ی آغاز مهمی در تفسیر علت تسلط ماده در جهان ماست». طی هفته‌ای که گذشت، این خبر به‌سرعت در جامعه‌ی فیزیکدانان انتشار یافت. دکتر «ماریا اسپیروپولو» از مرکز تحقیقات هسته‌ای اروپا (CERN) و مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا (CalTech)، این نتایج را «برانگیزاننده و غیرقابل‌ توصیف» قلمداد کرده است.

فیزیکدان روس، «آندره ساخاروف» نخستین کسی بود که دستورالعمل نحوه‌ی استیلای ماده بر پادماده در جهان نخستین را مطرح ساخت. از جمله شرایطی که در این دستورالعمل او لحاظ کرد، اختلاف اندکی مابین ویژگی‌های ذرات و پادذرات بنیادین بود که اصطلاحاً به «نقض سی‌پی» (CP Violation) مشهور است. طبق این اصل، ذرات مادی عملاً پس از تغییر بار و اسپین (جهت چرخش به دور خود) و در نتیجه تبدیل به پادماده‌شان، رفتارهای اندک‌متفاوتی از خود بروز می‌دهند.

فیزیکدانان طی سالیان متوالی موفق به تشخیص ‌اندک‌نمونه‌هایی از نقض سی‌پی در برهم‌کنش‌های نادری شده‌اند که طی آن در اوضاع مشابه، ذرات مادیِ زیراتمی نسبت به همتایان پاد‌ماده‌شان انحراف محوری اندکی را نشان می‌دادند، اما به‌گفته‌ی دکتر «گوستاف بروجیمانس» از دانشگاه کلمبیا و از اعضای D0، این «برای توجیه «بودن» ما کافی نیست.»

کشفیات جدید، متکی بر رفتار ذرات بنیادین نامتعارفی موسوم به «B-مزون خنثی» است که به ناپایداری‌شان شُهره‌اند. این ذرات، هرثانیه تریلیون‌ها بار مابین وضعیت عادی و وضعیت پادماده‌ای‌شان دچار نوسان می‌شوند. حین این نوسانات، به‌نظر می‌رسد سرعت گذار از حالت ماده به پادماده در مزون‌هایی که طی برخوردهای پروتون‌-آنتی‌پروتونی در شتاب‌دهنده تشکیل می‌شوند، در قیاس با فرآیند معکوس‌اش بیشتر است، که همین در نهایت به برتری یک درصدی حالت «مادی» این ذره‌ در حین فروپاشی‌اش به موئون انجامیده خواهد شد.


دانشمندان در حال تماشای نخستین نتایج دریافتی از بخش LHCb شتاب‌دهنده‌ی غول‌پیکر LHC در 30 مارس 2010. یکی از چالشی‌ترین اهداف LHCb، کشف دلیل برتری ماده بر پادماده در نخستین فازهای پیدایش هستی است / عکس از Salvatore Di Nolfi

اینکه آیا صرفاً همین حقیقت برای توضیح وجود ما کافی است، پرسشی است که به‌اعتقاد بروجیمانس تا مشاهده‌ی مستقیم این رفتار رازآلود B-مزون‌ها پاسخ گفته نخواهد شد. برتری دیده‌شده در رفتار «ماده»، ۵۰ برابر از پیش‌بینی‌های مدل استاندارد ذرات بنیادی که زنجیره‌ای از نظریاتی است که به مدت یک نسل حوزه‌ی فیزیک ذرات را در سیطره‌ی خود داشته، بیشتر است، یعنی هر عاملی که B- مزون‌ها را به چنین عدم تقارنی وادارد، همان «فیزیک جدید»ی است که فیزیکدانان مدت‌ها آرزویش را داشته‌اند.

بروجیمانس می‌گوید محتمل‌ترین توجیهات، نوع جدیدی از برهم‌کنش‌های ذره‌ای، یا وجود ذرات بنیادین جدیدی است که مدل استاندارد آن‌ها را پیش‌بینی نکرده. خوشبختانه وی در ادامه می‌افزاید: «این چیزی است که باید بتوان در ابرتصادم‌گر هادرونی از آن سر در آورد». دکتر «نیل وینر» از دانشگاه نیویورک می‌گوید: «اگر چنین رخ دهد، LHC نتایج خارق‌العاده‌ای را خلق خواهد کرد». به‌هر ترتیب، فیزیکدانان نفَس‌شان را تا تأیید این یافته‌ها با دیگر آزمایشات، نگه داشته‌اند. دکتر «جو لیکن»، از نظریه‌پردازان فرمی‌لب می‌گوید: «نمی‌گویم این خبر هم‌تراز با دیدن چهره‌ی خداست3، اما شاید آن را بتوان [تماشای] انگشت خدا دانست!»

D0، آزمایشی بین‌المللی با همکاری بیش از ۵۰۰ فیزیکدان از ۸۶ مؤسسه‌ در ۱۶ کشور دنیاست که توسط وزارت انرژی ایالات متحده، بنیاد ملی علوم و شماری دیگر از سازمان‌های بین‌المللی پشتیبانی می‌شود.

پانوشت:

۱- پیش از این در بخش‌های پنجم و ششم از مجموعه‌مقالات «غول بیدار شد»، به تفصیل از دوگانگی ماده-پادماده در آغاز پیدایش هستی و تلاش ابرتصادم‌گر هادرونی برای پاسخ به این چیستان گفته بودیم. برای اطلاعات بیشتر، رجوع کنید به: «اصل عدم قطعیت و جهانی از ماده و پادماده» و «دنیای پرآشوب کوانتوم»

۲- جهت دسترسی به متن مقاله‌ی مزبور، رجوع کنید به اینجا.

۳- اشاره‌ای به جمله‌ای از پروفسور «جورج اسموت»، از برندگان نوبل فیزیک 2006 که در جایی گفته بود: «کشف ناهمسانگردی تابش ریزموج کیهانی (که به‌واسطه‌اش جایزه‌ی نوبل به وی تعلق گرفت)، همچون نگاه به چهره‌ی خدا بود». برای اطلاعات بیشتر، رجوع کنید به: «یک چشم و یک دنیا سؤال»

Share/Save/Bookmark

منبع:
The New York Times

نظرهای خوانندگان

با تشكر از تهيه كننده محترم
ايكاش محتواي اين مقاله با زباني ساده تر توسط كسي تفسير ميشد

-- mjhozoori@gmail.com ، May 25, 2010 در ساعت 03:49 PM

مطمئنم خدا را شكار خواهيم كرد زنده باد زميني ها

-- oceanic ، May 26, 2010 در ساعت 03:49 PM

با سلام و احترام؛
ممکن است لطف فرموده و توضیح دهید؛ که آیا این به آن معنا است که؛ پس از برابری کامل ماده و پادماده ؛ مقدار جرم اضافی بر جای مانده از ماده به کاینات تبدیل شده است. یا خیر؟
در اینصورت آیا میتوان استنباط کرد که؛ ارتباط جهان مادی ما با عالم ضدماده - از نظر فلسفی ,جهان اهریمنی -اساسا غیر واقعی و زاییده وهم خیالپردازان است؟ یا احتمال ایجاد ارتباط با دنیاهای غیرمعلوم از جنس ارتباط انواع ماده با یکدیگر است. و اساسا به ارتباط بین ماده و ضد ماد ربطی ندارد؟
لطفا پاسخ به سوالات من را در همینجا بگذارید. با تشکر
کامبیز هخامنشیان

-- کامبیز هخامنشیان ، May 26, 2010 در ساعت 03:49 PM

دوست عزیز؛
همانگونه که اشاره کردید، آنچه از برهم کنش مرگبار ماده و پادماده در جهان نخستین به جا ماند، مقادیر نسبتاً اندکی (در قیاس با مقادیر اولیه) از ماده بود که امروزه بالغ بر 27 درصد از حجم جهان ما را تشکیل داده (73 درصد باقیمانده مربوط به انرژی تاریک است که هنوز از آن هیچ نمی دانیم، اما بدون شک هیچ ارتباطی با پادماده ندارد چرا که برهم کنش آن با ماده معمولی، هیچگونه آثار مرگباری که در آن ماده از میان رود، به دنبال نداشته است).
طبق مدل استاندارد کیهان شناختی، جهان بلافاصله پس از گذشت یک ثانیه از انفجار بزرگ، فرآیند برخورد ماده-پادماده و آزادسازی پرتوهای پرانرژی گاما را تجربه کرد که به دلیل آنچه "تقارن ماده-پادماده در جهان نخستین" می نامیم، عملاً نمی بایست هیچ ذره ای (چه از ماده و چه از پادماده) از این فرآیند جان سالم به در ببرد. اما ما هستیم و این یکی از بزرگترین تناقضات کیهان شناسی نوین است.
آثار پرتوهای گامایی که روزگاری دور از این برهم کنش مرگبار به جای مانده اند امروزه به روشنی مشهود است. این پرتوها، پس از تجربه انبساط جهان در طول حدود 13.7 میلیارد سال، عملاً کش آمده اند و دیگر آنها را نمی توان در بخش گامای طیف الکترومغناطیس مشاهده کرد؛ بلکه اگرچنانچه تلسکوپ های ویژه ای با قابلیت دریافت امواج میکروویو را طراحی کرده و رو به آسمان نشانه رویم، نویز مداومی از جانب آسمان دریافت می شود که گویای اشباع جهان از این پرتوهاست. همین پرتوهای یکدست که به «تابش ریزموج کیهانی» مشهورند، تاکنون دو بار جایزه نوبل را برای چهار کیهان شناس به ارمغان آورده اند.
پس با وجود این نور پس زمینه، حقیقتاً روزگاری تخریب ماده-پادماده در جهان وجود داشته و سوال اینجاست که چه عاملی برتری اندک ماده را بر پادماده موجب شد تا جهان امروزمان از همین باقیمانده سربرآورد؟
طبق محاسبات کیهان شناسان، امروزه به ازای هر پروتون و نوترون، در حدود 10 به توان 9 فوتون در تابش پس زمینه کبهانی وجود دارد. پس در ابتدا می بایست به ازای هر 10 به توان 9 عدد پادذره، 10 به توان 9 به اضافه یک عدد ذره وجود داشته باشد تا بتوان وجود جهان امروز را توجیه نمود. در حقیقت همین برتری شدیداً اندک است که تبعاتی اینچنین شگرف برجانهاده و کیهان شناسان و فیزیکدانان ذرات، در تکاپوی حل این چیستان دست به آزمایشات بسیار می زنند.

با توجه به آنچه از مدل استاندارد کیهان شناسی (پذیرفته شده ترین مدل برای توجیه پیدایش هستی) در بالا ذکر شد، عملاً هیچ جهانی به جز جهان مادی ما وجود ندارد. حتی اگرچنانچه چنین نیز بود (یعنی جهانی از پادماده در همسایگی مان قرار داشت)، مادامی که اجزای این دو در ارتباط با هم نبودند و شانسی برای وقوع برهم کنش زنجیروار و مرگبارشان وجود نداشت، ساکنان جهان پادماده زندگی چندان متفاوتی از ما نداشتند؛ بلکه تنها قوانین فیزیکی شان اندکی متفاوت بود. مثلاً به جای اینکه الکترون با بار منفی به گرد هسته ها بگردد، ذره ای دقیقاً هم جرم اما با بار مثبت (موسوم به پوزیترون) جانشین اش می بود. پس بالطبع در نظر ساکنان این جهان، ما عامل شیطانی به حساب می آمدیم !
پس در پاسخ شما باید گفت، آنچه در این متن و دیگر مقالات از صفت "شیطانی" و امثال آن به کار می رود، تنها جهت تأکید بر خواص کاملاً نابودکننده پادماده در رویارویی با ماده است و اساساً هیچ استنباط علمی دیگری نمی توان از آن داشت.
البته ذکر این نکته خالی از لطف نیست که کیهان شناسی نوین هم اکنون احتمال وجود جهان های دیگری را در قالب نظریات نوپایی چون P-Brane یا Multiverse تحلیل می کند که هیچگونه ارتباط مستقیمی با موضوع پادماده ندارد و بسط بیشتر این موضوع در این نوشته نمی گنجد.

با سپاس

-- احسان سنایی ، May 26, 2010 در ساعت 03:49 PM

آقای سنایی عزیز
با سلام و احترام؛
اول از همه میخواهم؛ بابت پاسخ به سوالاتم از شما تشکر کنم.
سپس میخواهم یک سوال بپرسم: " طبق پاسخ شما میتوانیم نتیجه بگیریم که وجود ما در کاینات؛ چنانچه از مسافتی بسیار دور در کیهان- شامل همه ابعاد پنجگانه- و با استفاده از تلسکوپهای پیشرفته بررسی شود به صورت امواج نورانی رویت خواهیم شد؟ یا اصولا به چه شکلی حیات موجود بر روی زمین از مسافتی بسیار بعید و با استفاده از ابزارهای پیشرفته تلسکوپیک قابل رویت است؟
در پایان,من بسیار خوشحالم که سرانجام بشر در حال استیلا بر ذره خدا هست.
از توجه شما باز هم متشکرم
کامبیز هخامنشیان

-- کامبیز هخامنشیان ، May 26, 2010 در ساعت 03:49 PM

دوست عزیز؛
از چهار اصول بنیادین کیهان شناسی نوین، یک اصل را «اصل کوپرنیکی» تشکیل داده. صدها سال پیش، نیکلاس کوپرنیک، منجم صاحب نام لهستانی، اصلی را با این مضمون مطرح ساخت که جایگاه ما زمینیان در پهنه کیهان، جایگاه متمایزی نیست. بعدها آلبرت اینشتین با بسط این گفته به یاری معادلات میدانی اش؛ «اصل کیهان شناختی» (Cosmological Principle) را ارائه داد که به اختصار اینچنین می توان بیانش نمود:
«ناظران زمینی هیچ موقعیت خاص، نامتعارف یا ممتازی را در پهنه کیهان اشغال نکرده اند و قوانین فیزیک در همه جا یکسان است».
پس در پاسخ به سوال شما باید گفت، هر آنچه که ما امروز به یاری تلسکوپ های تیزبینمان از دوردست کیهان می بینیم، عملاً هیچ تفاوتی با نمایی که فرضاً یک فرازمینی از همان فاصله از ما مشاهده می کند، نخواهد داشت. ژرف ترین تصاویر نور مرئی دریافت شده از کیهان، هیچ جسمی را که تماماً از "امواج نورانی" تشکیل شده باشد، ندیده است؛ پس ما نیز از چنین فاصله ای اینچنین دیده نخواهیم شد؛ بلکه همان چیزی هستیم که قوانین فیزیک می گوید: سنگی غول پیکر و گوی مانند به نام زمین که نورش حاصل بازتاب نور خورشید است.

اما آیا این ناظر فرازمینی می تواند وجود حیات را هم تشخیص دهد؟ این پرسشی نسبی است. اول آنکه رصدهای مستقیم علمی، هیچگاه به صراحت از وجود یا عدم وجود حیات در یک جسم کیهانی خبر نمی دهند؛ بلکه در خوشبینانه ترین حالت، داده های طیف سنجی جسم مزبور نیز برای نتیجه گیری نهایی نیاز است. اما با فرض آنکه تلسکوپ رصدگران فرازمینی به قدری پرقدرت باشد که بتواند مستقیماً از آن فاصله حیات زمین را در تکاپو ببیند، آنگاه محدودیت سرعت نور، به آنها اجازه مشاهده همزمان هر آنچه هم اکنون در زمین رخ می دهد را نخواهد داد.
مثلاً اگرچنانچه هم اکنون زمین نابود شود، نوری که تصویر این نابودی را حمل می کند همچون قاصدی کیهانی، از همه سو پیش می رود و هر جسمی که دورتر از ما باشد، دیرتر آن را دریافت کرده و نتیجتاً با تأخیر بیشتری خبر نابودی سیاره مان را دریافت خواهد کرد. ایجاد حیات بر روی زمین خودمان نیز خبری است که بسیاری از بخش های کیهان هنوز از آن مطلع نشده اند! آغاز حیات زمینی را اگر از 3 میلیارد سال پیش بدانیم، جسمی که در فاصله چهار میلیارد سال نوری از ما واقع شده، هنوز 1 میلیارد سال دیگر این خبر را دریافت خواهد کرد. آنچه هم اکنون او از زمین ما بینید، کره ای گدازان است که به سرعت به گرد خود می چرخد و سنگ های آسمانی مدام بمباران اش می کنند. به همین ترتیب، آنچه ما نیز از آن دوردست کیهان می بینیم، همان چیزی نیست که «هم اکنون» در حال رخ دادن است. چه بسا کهکشان هایی که هم اکنون چون شهر خاموشان به نظر می رسند و حتی ستاره ای مشابه خورشید ما ندارد؛ امروزه مالامال از جمعیت های انسانی باشند. اگر چنین باشد، خبر این رویداد 4 میلیارد سال دیگر به چشمان مان خواهد رسید؛ البته اگر تا آن روز خودمان از بین نرفته باشیم!

آنچه در اینجا ذکر شد، صرفاً پاسخی به سؤالات مطرح شده بود؛ وگرنه تشخیص حیات پویا (نه شرایط ایجاد حیات) از فواصل فراستاره ای با فناوری موجود تقریباً غیرممکن است؛ چه برسد به فواصل فراکهکشانی.

با سپاس مجدد

-- احسان سنایی ، May 27, 2010 در ساعت 03:49 PM