هفت راز فیزیک جدید
علیرغم پیشرفت‌های بسیار چشمگیری که در فهم جهان فیزیکی نصیب علم جدید شده است ، شمار رازهای ناشناخته‌ای که دانشمندان برای کشف آنها در تلاشند از حد و اندازه افزون است . در این مقاله به بررسی هفت راز بزرگ از میان مجموعه پرشمار اسرار کشف ناشده می‌پردازیم .
راز اول :
چه عاملی کیهان را به تکاپو وا می‌دارد؟
علم جدید تا برای این پرسش ، پاسخ خرسند کننده‌ای بدست نیاورد نمی‌تواند به کشف راز بسیاری دیگر از پدیده‌های جالب توجه اهتمام ورزد. برای درک اموری نظیر منشأ کیهان ، سرنوشت نهایی سیاهچاله‌ها ، امکان سفر در زمان ، می‌باید نخست برای این پرسش که کیهان چگونه عمل می‌کند ، 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 بهره‌گیری از این دو نظریه توفیق یافته‌اندکه شناخت خوبی از بسیاری از ذرات بنیادی به دست آورند اما این دو نظریه ظاهراً در بن و اساس با یکدیگر ناسازگارند و تصویرهای متعارضی از واقعیت نهایی ارائه می‌دهند. حال آنکه 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. مشکل اساسی در این است که نیروی جاذبه که نظریه نسبیت درباره آن سخن می‌گوید ، کل ساختار زمان ـ مکان و بنابراین تمامی کیهان را در بر گرفته ، در حالی که نظریه مکانیک کوانتومی درباره سه نیروی بنیادی دیگری سخن می‌گوید که درون این ساختار جای دارد. به این ترتیب کاربرد نظریه کوانتومی درمورد نیروی جاذبه نظیر استفاده از جزء برای فهم کل، با مشکلاتی جدی همراه است.
راز دوم :
کیهان از چه چیز ساخته شده است؟
رصدهایی که به وسیله اخترشناسان صورت می‌گیرد این نکته را مشخص ساخته که به ازای هر یک گرم از ماده‌ای که سیارات و ستارگان و کهکشانها را بوجود آورده، چند گرم از ماده‌ای وجود دارد که ماهیت آن ناشناخته است وجود این ماده بر اساس نوع رفتاری که اجرام کیهانی از خود آشکار می‌سازند حدس زده می‌شود .
براساس قوانین فیزیک اگر آتشگردانی را با سرعت به چرخش درآوریم با سرعت در هوا به پرواز درخواهد‌آمد. در مورد ستارگانی که در حاشیه کهکشانها به دور مرکز در گردشند نیز دقیقاً همین وضع برقرار است . نخ یا رشته‌‌‌‌ای که این ستارگان را پایبند نگه می‌دارد همان نیروی جاذبه است.
اما محاسبات نشان می‌دهد که نیروی جاذبه حاصل از ماده فیزیکی قابل رؤیت موجود در کهکشانها 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 مستحکم‌تری نیاز است و از همین‌جا دانشمندان نتیجه گرفته‌اند که در درون هر کهکشان می‌باید ذخایر عظیمی از نوعی ماده نادیدنی وجود داشته باشد که نیروی جاذبه لازم برای جلوگیری از گریز ستارگان را فراهم می‌آورد. استدلال مشابهی دلالت می‌کند بر اینکه از این نوع ماده نادیدنی می‌باید در فضای ما بین کهکشانها نیز موجود باشد و حرکات کهکشانها 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 فرضیه‌ای 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 می‌دهد که احیاناً 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 می‌شود 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 جرم‌های عظیم در کیهان ) را خنثی سازد.
راز چهارم :
چرا ما در عالمی سه بعدی زیست می‌کنیم؟
فیزیکدانان براین باورند که ظهور عالمی که ما در آن جای داریم به دنبال وقوع مه بانگ (انفجار) اولیه امری کاملا تصادفی بوده واحیاناً کیهان هایی دیگری نیز وجود دارند که شماره ابعاد آنها متفاوت است.
صد سال قبل نویسنده ای به نام ادوین ابوت کتابی منتشر کردبا عنوان « سرزمین مسطح » که در آن عالمی دو بعدی مورد بحث قرار گرفته بود.
قوانین علمی یک جهان دو بعدی احیاناً 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 واقسام دشواریها در خصوص برقراری ارتباط وانتقال پیامها پدید می آید واز آنجا که ظهور حیات خودآگاه متکی به انتقال نخواهد شد . از سوی دیگر زندگی در عوالمی که بیش از سه بعد دارند نیز با دشواریهای خاص خود روبروست .
راز پنجم :
آیا سفر در زمان امکان‌پذیر 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 اند که برخی از موانع عملی مانع از انجام چنین سفری می شود (برای تفصیل مطلب به مجموعه مقالات ساینتیفیک امریکن در مورد مفهوم زمان رجوع شود.)
راز ششم :
آیا ما در یک صافی کیهانی زندگی می‌کنیم ؟
هر چند مفهوم سیاهچاله ها امروزه برای همگان آشناست اما این اجرام عظیم کیهانی هنوز حیله وشگفتیهای زیادی در آستین دارند ، سیاهچاله ها ستاره های بزرگی هستند که 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 کسری از ثانیه به درون خود ریزش می کند اگر شکل هندسی هسته دقیقاً 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 تأثیر خود را به صورت تغییر شکل زمان – مکان آشکار می سازد (نظیر یک گوی سنگین که بر روی بالش قرار داده شود شکل آن را تغییر می‌دهد) 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 می‌کشد.
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 جریانهای الکتریکی نظیر آنها که در مغز وسلسله اعصاب جریان دارد با خود احساس وآگاهی به همراه می آورد در حالی که برخی دیگر از جریانهای الکتریکی نظیر آنها که در شبکه های سراسری برق سیر می کنند ظاهراً چنین آثاری با خود به همراه نمی آورند.
مساله را به صورت معکوس نیز می توان مطرح کرد چگونه است که آگاهی واحساسات که احیاناً مادی نیستند می توانند الکترونها ویونها را در مدارهای مغز به حرکت در آورند و موجب بروز پدیدارهای فیزیکی شوند سوال دیگری که می توان مطرح کرد این است که آیا اساساً این قبیل پرسشها معنا دار هستند؟ واگر چنین است آیا پاسخگویی به آنها وظیفه فیزیکدانان است؟
برخی از فیزیکدانان معتقدند که اگر فیزیک یک رشته فراگیر است واگر علم نهایتاً قابل تحویل به امور فیزیکی است در آن صورت فیزیکدانان باید به اینگونه پرسشها نیز بپردازند گاهی اوقات گفته می شود که حیات در لابلای قوانین فیزیکی مندرج است.
البته هر چند این نکته درست است که اگر قوانین فیزیکی اندکی متفاوت می بودند حیات شکل نمی‌گرفت 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 سیستمهای بسیار پیچیده یا نظریه های اطلاعات رفت هر چه باشد هر سلول زنده به یک معنا عبارت است از سیستمهای بسیار پیچیده ای که فعالیت اصلیش پردازش اطلاعات و باز تولید است.
