دانلود مقاله نقدی بر دیدگاه های هاوکینگ

word قابل ویرایش
94 صفحه
16700 تومان
167,000 ریال – خرید و دانلود

نقدی بر دیدگاه های هاوکینگ

استیون ویلیام هاوکینگ استاد کرسی لوکاشین
در ۲۹ آوریل ۱۹۸۰ در سالن کنفرانس کوکرافت در کمبریج انگلستان جایی که عرصه بالیدن تامسون و راترفورد بود، دانشمندان و مقامات دانشگاه روی صندلی‌های ردیف‌شده بر کف شیب‌دار سالن که مقابل دیواری پوشیده از وایت‌برد و پرده اسلاید بود، گرد‌هم آمده بودند. این جلسه برای وضع اولین خطابه یک پروفسور جدید کرسی لوکاشین ریاضی برقرار شده بود. این پروفسور استفن ویلیام هاوکینگ ریاضی‌دان و فیزیک‌دان ۳۸ ساله بود. کرسی لوکاشین یک مقام آکادمیک ممتاز است که زمانی سر آیزاک نیوتن عهده‌دار آن بود.

عنوان خطابه یک سئوال بود: آیا دورنمای پایان فیزیک نظری دیده می‌شود؟

و هاوکینگ با اعلام این که پاسخ او به این سوال مثبت است، شنوندگان را شگفت‌زده کرد. او از حضار دعوت کرد تا به او بپیوندند و گریزی شورانگیز از میان زمان و مکان جام‌مقدس علم را بیابند. یعنی نظریه‌ای که جهان و هر چه را که در آن روی می‌دهد، تبیین کند.

هاوکینگ همواره در تلاش برای دستیابی به پاسخ این سوال اصلی کیهان‌شناسی بوده است که این جهان از کجا آمده و به کجا می‌رود؟ زندگی او تلاشی مستمر و پیگیر در راه کشف حقایق این جهان است. او به دنبال نظریه «همه چیز» است. نظریه جامعی که بتواند قوانین حاکم بر جهان را در یک سری معادلات و قواعد خلاصه کند. موقعی که نظریه نسبیت عمومی انیشتین را برای توضیح برخی ویژگی‌های فیزیکی سیاهچاله‌ها ناتوان می‌بیند، به مکانیک کوانتومی متوسل می‌شود. سعی می‌کند این دو را درهم آمیزد. فرضیه‌ای مطرح می‌کند. فرضیه‌اش را مورد سوال قرار می‌دهد. در راه کشف حقیقت به سوال‌هایی برمی‌خورد. فضای خالی، خالی نیست، سیاه‌چاله‌ها سیاه نیستند، آغازها می‌توانند پایان‌ها باشند و … حقیقت بسیار پیچیده و گریزان است. آیا هاوکینگ و دانشمندان دیگر روزی به نظریه همه چیز دست خواهند یافت؟

دیدگاه سی. پی. اچ.
این که آیا دست یابی به یک تئوری برای همه چیز امکان پذیر است یا نه، بستگی به این دارد که ما از این تئوری چه انتظاری داشته باشیم. اما تا جاییکه به آغاز و پایان جهان مربوط می شود، یعنی تئوری همه چیز توضیح دهد که آغاز جهان چگونه بوده و سرانجامش چه خواهد شد، باز هم بستگی به این دارد که ما از آغاز جهان را از نظر مکانی و زمانی چه تصوری داشته باشیم. اما قبل از تلاش برای یافتن پاسخ این سئوال باید ببینیم که آیا جهان محدود به شعاع دید امروزی ما (همراه با ابزارهایی که امروزه به نعمت تکنولوژی از آنها استفاده می کنیم) هست یا نه؟

در اوائل قرن بیستم، جهان قابل رویت اگر فراتر از کهکشان راه شیری هم بود، انبوه کهکشانها و کوزارها قابل تصور نبود. چه تضمینی وجود دارد که ابزارآلات امروزی ما در ۵۰ سال دیگر در مقایسه با ابزارآلات آنروزی مانند زمان گالیله به عصر هابل نباشد؟

هرچند هیچ دلیلی ندارد که تکنولوژی فردا جهان قابل رویت را با سرعت اعجاب انگیزی گسترش ندهد، اما دلیلی هم نداریم که جهان قابل دید، گسترش زیادی بیابد. لذا با توجه به مشاهدات امروزی بایستی نظریه های خود را پی ریزی کنیم.

حال به این سئوال هاوکینگ برگردیم که می گوید:” این جهان از کجا آمده و به کجا می‌رود؟” پاسخ سی. پی. اچ. به این سئوال صریح و روشن است، جهان از جایی نیامده و به جایی هم نمی رود. جهان از سی. پی. اچ. ها ساخته شده که هیچ لحظه ای از عمر آنها نمی گذرد. سی. پی. اچ. ها در یک سیاه چاله برو میریزند، سیاه چاله مطلقی را بوجود می آوردند، سیاه چاله ی مطلق منفجر می شود و جهانی بوجود می آید.

از دید نظریه سی. پی. اچ.، این سی. پی. اچ. ها قطعات اولیه (سنگ بنای) همه چیزند. خود ساعت نیستند که زمانی را نشان دهند، اما همه ی ذرات و اجسام موجود جهان را شکل می دهند و آنها را بمنزله ی یک ساعت بوجود می آورند. پس هر چیزی در این جهان یک ساعت است. در لحظه ای خاص ساعتی شکل می گیرد، تیک تاک هایش شنیده می شود و در لحظه ای دیگر متلاشی می شود و عمرش به پایان می رسد و سی. پی. اچ. های سازنده ی آن در مکانی دیگر ساعت جدیدی را بوجود می آورند و این داستان مکرر همچنان ادامه خواهد داشت.

و جهان قابل رویت نیز یک ساعت است، نه کمتر و نه بیشتر. و ما (هر انسانی) خود ساعتی است که در دل ساعت بزرکتری تیک تاک می کند.
شاید این سئوال که جهان از کجا آمده و به کجا می رود، ناشی از همین باشد که من (ساعت) در لحظه ای بوجود آمدم و دنبال یافتن پاسخ این سئوال بودم که از کجا آمده ام، به کجا خواهم رفت و آمدنم از بهر چه بود. و قیاس به نفس است که آدمی، این ذره ی کوچک جهان هستی، می خواهد همه چیز را با خود مقایسه کند و همه ی جهان را توضیح دهد. اصولاً همه دیدگاه ما نسبت به هستی ناشی از همین (خود ساعت بودن) است. ساعتی که همه چیز را ساعت می بیند. این دید از نظر سی. پی. اچ. درست است که همه چیز یک ساعت است، اما اجزای همه این ساعتها یکی است (سی. پی. اچ. ها) که خود ساعت نیستند و هیچ لحظه ای از عمر آنها نمی گذرد. و جهان هستی (نه جهان قابل مشاهده) نیز ساعت نیست و هیچ لحظه ای از عمر آن نمی گذرد. اما جهان قابل مشاهده نیز ساعتی است که خود روزی از تیک تاک باز خواهند ماند.

 

هاوکینگ – قواعدی پشت قواعد دیگر
ذرات مادی را که همگی می‌شناسیم. پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم و الکترون‌ها که به دور هسته می‌چرخند. ذرات مادی اتم را به‌نام کلی فرمیون‌‌ها می‌شناسیم. فرمیون‌ها یک سیستم پیام‌رسانی دارند که بین آن ذرات رد و بدل شده و به راه‌های معینی موجب ایجاد تاثیر و در نتیجه تغییراتی در آن‌ها می‌شوند. ذراتی وجود دارد که این پیام‌ها را بین فرمیون‌ها در برخی موارد حتی بین خود رد و بدل می‌کنند. ذرات پیام‌رسان به‌طور مشخص بوزون نامیده می‌شوند. پس هر ذره‌ای که در جهان وجود دارد یا فرمیون است یا بوزون.

سرویس‌های پیام‌رسان ۴ گانه نیرو نامیده می‌شوند. یکی از این نیروها گرانش است. حامل این پیام نوعی بوزون است که گراویتون نامیده می‌شود. نیروی دوم یا نیروی الکترومغناطیس پیام‌هایی است که به‌وسیله بوزون‌هایی به‌نام فوتون بین پروتون‌های درون هسته یک اتم و الکترون‌های نزدیک به آن، یا بین الکترون‌ها رد و بدل می‌شوند. این پیام‌ها موجب می‌شوند که الکترون‌ها دور هسته گردش کنند. در مقیاس‌های بزرگ‌تر از اتم، فوتونها خودشان را بصورت نور نشان می‌دهند. سومین سرویس پیام‌رسان نیروی قوی است که موجب می‌شود هسته اتم یکپارچگی خود را حفظ کند و چهارمین سرویس نیروی ضعیف است که موجب رادیواکتیویته می‌شود.

درک کامل این چهار نیرو به ما امکان می‌دهد تا اصولی را که مبنای همه رویدادهای جهان هست، درک کنیم. بسیاری از کارهای فیزیک‌دانان قرن بیستم برای آگاهی بیشتر از طرز عمل این جهار نیروی طبیعی و ارتباط بین آنها انجام شد. فیزیک‌دان‌ها تا حدودی با موفقیت سعی کردند نوعی یگانگی بین نیروها را استنباط کنند. آنها امیدوار بودند نظریه‌ای بیابند که در غایت امر هر چهار نیرو را بوسیله یک ابرنیرو توجیه کند. نیرویی که خودش را به‌گونه‌های مختلف نشان می‌دهد. نیز موجب یگانگی فرمیون‌ها و بوزون‌ها در یک خانواده می‌شود. فیزیک‌دان‌ها این نظریه را نظریه یگانگی (اتحاد نیروها) نام دادند. این نظریه باید دنیا را توجیه کند. یعنی نظریه همه چیز باید یک قدم پیش‌تر برود و به این سوال پاسخ دهد: دنیا در لحظه آغاز قبل از این که زمانی بگذرد، چگونه بوده است؟

یا به عبارت دیگر: شرایط اولیه یا شرایط مرزی در آغاز جهان چه بوده است؟
درک کامل ابرنیرو ممکن هست که درک شرایط مرزی را هم برای ما امکان‌پذیر کند. از طرف دیگر ممکن است که ضروری باشد که ما شرایط مرزی را بدانیم تا بتوانیم ابرنیرو را بفهمیم. این دو بطور تنگاتنگی با یکدیگر ارتباط دارند. و نظریه پردازان هم از هر دو طرف مشغول کار هستند تا به «نظریه همه‌چیز» دست پیدا کنند.

دیدگاه سی. پی. اچ.
زمانیکه انیشتین تلاش کرد یک اتحاد بین نیروها بوجود آورد (دهه ی ۱۹۲۰) بحث نیروها از نظر کمی و کیفی به این صورت نبود. در آنزمان تنها نیروهای گرانش و الکترومغناطیس مطرح بودند و علاوه بر آن به نیرو به عنوان یک ذره تبادلی (پیام رسان) نگریسته نمی شد. اتحاد نیروها (هر چهار نیرو) یا یافتن یک ابر نیرو هرچند با موفقیت هایی همراه بوده، اما تا به حال به نتیجه ی رضایت بخشی نرسیده است. از دیدگاه سی. پی. اچ. اشکال در این است که به این مورد خاص توجه نمی شود که فرمیونها، خود بوزونها را تولید می کنند. همچنین بوزونها نیز به نوبه خود، فرمیونها را بوجود می آورند. توجه به این نکته ی مهم، خود می تواند توضیح دهد که جهان قابل مشاهده در آغاز چگونه بوده است. با این دیدگاه می توان دو مسئله ی جدا از هم، یعنی ابر نیرو و اینکه شرایط مرزی چکونه بوده است را به یک مسئله تقلیل داد و برای آن به پاسخ مناسب رسید. مسئله این است که چه عاملی شرایط مرزی را بوجود آورد؟ از دیدگاه سی. پی. اچ. شرایط مرزی ناشی از اسپین سی. پی. اچ. است که در سیاه چاله ی مطلق اسپین سی. پی. اچ. به حداکثر خود می رسد و عامل انفجار می گردد و این روند مکرر است و ادامه خواهد داشت.

هاوکینگ – نظریه‌ها
نظریه نسبیت عام اینشتین نظریه‌ای در باره جرم‌های آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سیارات و کهکشان‌هاست که برای توضیح گرانش در این سطوح بسیار خوب است.
مکانیک کوانتومی نظریه‌ای است که نیروهای طبیعت را مانند پیام‌هایی می‌داند که بین فرمیون‌ها(ذرات ماده) رد و بدل می‌شوند. این نظریه اصل ناامیدکننده‌ای را نیز که اصل عدم قطعیت نام دارد در بر می‌گیرد. بنابر این اصل هیچ‌گاه ما نمی‌توانیم همزمان مکان و سرعت(تندی و جهت حرکت) ذره را با دقت بدانیم. با وجود این مسئله مکانیک کوانتومی در توضیح اشیاء، در سطوح بسیار ریز خیلی موفق بوده است. یک راه برای ترکیب این دو نظریه بزرگ قرن بیستم در یک نظریه واحد آن است که گرانش را همانطور که در مورد نیروهای دیگر با موفقیت به آن عمل می‌کنیم، مانند پیام ذرات در نظر بگیریم. یک راه دیگر بازنگری نظریه نسبیت عام اینشتین در پرتو نظریه عدم قطعیت است.

اما اگر نیروی گرانش را مانند پیام بین ذرات (گراویتون) در نظر بگیریم، در اینصورت نیروی گرانشی با روش مکانیک کوانتومی بیان می‌شود، اما با مشکلاتی مواجه می‌شویم. چون همه گراویتونها بین خود نیز رد و بدل می‌شوند، حل این مساله از نظر ریاضی بسیار بغرنج می‌شود. بی‌نهایت‌هایی حاصل می‌شوند که خارج از مفهوم ریاضی معنایی ندارند. نظریه‌های علم فیزیک واقعاْ نمی‌توانند با این بی‌نهایت‌ها سر و کار داشته باشند. آن‌ها اگر در نظریه‌های دیگر یافت شوند، تئوریسین‌ها به روشی که آن را ریترمالیزیشن یا بازبهنجارش می‌نامند، متوسل می‌شوند. ریچارد فاینمن در این باره می‌گوید: این کلمه هر چقدر زیرکانه باشد، باز من آن را یک روش دیوانه‌وار می‌نامم. خود او هنگامی که روی نظریه‌اش در مورد نیروی

الکترومغناطیسی کار می‌کرد، از این روش سود جست. اما او به این کار زیاد راغب نبود. در این روش از بی‌نهایت‌های دیگری برای خنثی کردن بی‌نهایت‌های نخستین، استفاده می‌شود. نفس این عمل اگر چه مشکوک است ولی نتیجه در بسیاری از موارد کاربرد خوبی دارد. نظریه‌هایی که به‌کارگیری این روش به‌دست می‌آیند، خیلی خوب با مشاهدات همخوانی دارند.
استفاده از روش بازبهنجارش در مورد نیروی الکترومغناطیسی کارساز است ولی در مورد گرانش این روش موفق نبوده. بی‌نهایت‌ها در مورد نیروی گرانش از جهتی بدتر از بی‌نهایت‌های نیروی الکترومغناطیسی هستند و حذفشان ممکن نیست. ابرگرانش هاوکینز بدان اشاره کرد و نظریه ابرریسمان که درآن اشیاء بنیادی جهان، بصورت ریسمان‌های نازکی هستند، پیشرفت‌های امیدوار کننده‌ای داشته‌اند، اما هنوز مسئله حل نشده است.

 

دیدگاه سی. پی. اچ.
چرا باید با همان دید سنتی (اعم از کلاسیکی یا موانتومی) به مسئله نگاه کنیم؟ واقعیت این است که شواهد نظری و تجربی زیادی وجود دارد که نشان می دهد فرمیونها و بوزون ها دو جلوه ی متفاوت از یکدیگرند. بوزنها فرمیونها را تولید می کنند و فرمیونها نیز تولید کننده ی بوزونها هستند. در مکانیک کوانتومی (دیدگاه سنتی) بوزون فوتون که حامل نیروی الکترومغناطیسی است، بین ذرات باردار رد و بدل می شود. در حالیکه از دیدگاه سی. پی. اچ. بارهای الکتریکی دائماً فوتون مجازی (بوزونی که نیروی الکتریکی را حمل می کند) را تولید و در فضا منتشر می کنند. مواد اولیه این تولید، گراویتونها (بار-رنگها) هستند.

ذرات بار با تولید و انتشار فوتون (بوزون) یک میدان الکتریکی در اطراف خود ایجاد می کنند. این میدان از ذرات حامل نیروی الکتریکی پر شده که به دلیل خواص الکتریکی که دارند بطرف بار مخالف خود حرکت می کنند. بار الکتریکی مخالف آن را جذب می کند، ولی بقای آن تهدید می شود. لذا فوتون دریافتی را به بار-رنگها تجزیه کرده و منتشر می کند. خاصیت بار-رنگی موحب کشش بار الکتریکی می شود. لذا در حد زیر کوانتومی که نکاه جدیدی است به مفاهیم بنیادی طبیعت، ذرات باردار تولید کننده و منهدم کننده ی فوتونهای مجازی (حامل بار الکتریکی) هستند.
از این نقطه نظر، گراویتون هم یک بار-رنگ است و در نتیجه همان خواص الکتریکی از خود بروز می دهد. لذا نیازی به استفاده از بازبهنجارش ها نیست. تنها کافیست دیدگاه خود را نسبت به بارهای الکتریکی و کنش بین آنها تغیی دهیم و در نهایت به این نتیجه خواهیم رسید که گرانش (گراویتون) همان فوتون (بوزون حامل نیروی الکتریکی) است در مقیاس بسیار ضعیتر.

هاوکینگ- راه دیگر
از طرف دیگر اگر ما مکانیک کوانتومی را برای مطالعه اجسام بسیار بزرگ در قلمرویی که گرانش فرمانروای بی‌چون و چرا است، بکار گیریم، چه خواهد شد؟ به‌دیگر سخن اگر ما آنچه را که نظریه نسبیت عام در باره گرانش می‌گوید، در پرتو اصل عدم قطعیت بازنگری کنیم، چه اتفاقی خواهد افتاد؟
همانطور که گفتیم طبق اصل عدم قطعیت نمی‌توان با دقت مکان و سرعت یک ذره را همزمان اندازه گرفت. آیا این بازنگری موجب تفاوت زیادی خواهد شد؟ استفن‌هاوکینگ در این زمینه به نتایج شگرفی دست یافته است.

 

سیاهچاله‌ها سیاه نیستند: شرایط مرزی ممکن است به این نتیجه منتهی شود که مرزی وجود ندارد.

حالا که از ضد و نقیض‌ها گفتیم یکی دیگر هم اضافه کنیم:
فضای خالی، خالی نیست

 

نظریه نسبیت عام همچنین به مـــا می‌گوید که وجود ماده یـــا انرژی سبب خمیدگی یــا تاب‌خوردن فضا-زمان می‌شود. یک نمونه خمیدگی آشنا می‌شناسیم. خمیدگی باریکه‌های نور ستارگان دور هنگامی که از نزدیکی اجسام با جرم بزرگ نظیر خورشید می‌گذرند.
این دو موضوع را به‌یاد داشته باشیم:

 

۱ – فضای «خالی» از ذرات و پادذرات پر شده است. جمع کل انرژی آن‌ها مقداری عظیم یا مقداری بی‌نهایت از انرژی است.
۲ – وجود این انرژی باعث خمیدگی فضا-زمان می‌شود.

 

ترکیب این دو ایده ما را به این نتیجه می‌رساند که کل جهان می‌بایستی در یک توپ کوچک پیچیده شده باشد. چنین چیزی روی نداده است. بدین‌سان موقعی که از نظریه‌های نسبیت عام و مکانیک کوانتومی توامان استفاده می‌شود، پیشگویی آن‌ها اشتباه محض است.

نسبیت عام و مکانیک کوانتومی هر دو نظریه‌های فوق‌العاده خوب و از موفق‌ترین دستاوردهای فیزیک در قرن گذشته هستند. از این دو نظریه نه‌تنها برای هدف‌های نظری بلکه برای بسیاری کاربردهای عملی، به‌نحوی درخشان استفاده می‌شود. با وجود این اگر آن‌ها را با هم در نظر بگیریم، نتیجه همانطور که دیدیم بی‌نهایت‌ها و بی‌معنی بودن است. نظریه همه چیز باید به‌نحوی این بی‌معنا بودن را حل کند.

دیدگاه سی. پی. اچ.

باز این نگرش سنتی به فیزیک است که مشکل ساز می شود. ما به یک نظریه نیاز داریم که دو مسئله را در این زمینه توضیح دهد. یکی انحنای فضا و دیگری نگرش کوانتومی به فضا-زمان و انباشت انرژی در فضا. از دیدگاه کوانتومی و بهره گیری از اصل عدم قطعیت به این نتیجه می رسیم که فضا از ماده و پاد ماده انباشته است. چرا توضیح جدیدی را برای انرژی در فضا جایگزین نگرش سنتی نکنیم؟

واقعیت این است که فضا از بار-رنگها (گراویتون) انباشته است که نیروی گرانشی را حمل می کنند. این بار-رنگها به دلیل خضیت بار-رنگی که دارند، با هم ترکیب می شوند و کوانتومهای انرژی را تولید می کنند. همین خواص بار-رنگی آنها است که بر پرتو نوری اثر گذاشته و مسیر آن را خمیده می کنند. اما میزان تاثیر آنها بر مسیر پرتو نوری، تابع چگالی آنها در فضا است. در اطراف اجرام بزرگ، چگالی بیشتر و در فضای بین ستارگان، چگالی کمتر است.
همچنین برای توضیح تولید ماده و پادماده در فضا از نیازی نیست که آن را در سایه اصل عدم قطعیت توجیه کنیم. بلکه می توانیم مستقیما به خواص بار-رنگها مراجعه کرده، هم انحنای فضا را توضیح دهیم و هم اینکه تولید ماده و پاده را.

آیا پیش‌گویی ممکن است؟
نظریه همه‌چیز باید بتواند این امکان را به‌شخصی که جهان ما را ندیده است، بدهد که همه چیز را پیش‌گویی کند. با چنین نظریه‌ای شاید بشود خورشیدها و سیارات و کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌ها و کوزارها را پیشگویی کرد. اما آیا می‌شود به‌وسیله آن برنده مسابقه اسب‌دوانی سال أینده ایالت کنتاکی را پیشگویی کنیم؟ آیا این پاسخ قابل اعتماد است؟ نه‌چندان.
محاسبات لازم برای بررسی همه داده‌های جهان بطور مضحکی بسیار فراتر از ظرفیت هر کامپیوتر قابل تصوری خواهد بود.

دیدگاه سی. پی. اچ.
از نظر سی. پی. اچ. تئوری ما تنها می توانیم روایط بین پدیده ها را توضح دهیم. بنابراین می توانیم حدس بزنیک که وجود دنیاهای دیگر امکان پذیر است. اما لزوماً این معنای آن نیست که بتوانیم تمام ساعت هایی را که در آنجا بکار افتاده اند (توجه شود که از نظر سی. پی. اچ. تئوری هر چیزی در جهان یک ساعت است) را پیش بینی کنیم و آهنگ آنها را نیز بدانیم. از دیدگاه سی. پی. اچ. تئوری ما حتی نمی توانیم جهان خودمان را نیز به همان صورت که هست ببنیم. می دانیم مشاهدات ما از جهان کذشته ی آنها را نشان می دهد نه حال را. زیرا

نور مسیری را که طی می کند تا به برسد، زمان می برد، پس نور از گذشته جهان آمده و امروز به ما رسیده است. حال سئوال این است که آیا نوری که از یک کهکشان ساطع شده و میلیاردها سال در حرکت بوده، در طول مسیر دست خوش هیچگونه تغییری نشده است؟ زمانی ما می توانیم با صراحت و اطمینان به این سئوال پاسخ دهیم که همه چیز را در مورد نور بدانیم و حتی ساختمان آنرا نیز توضیح داده باشیم. اینکه نور در میدان گرانشی تغییر انرژی دارد، خود دلیل بر آن است که نور یک پیام بسیط نیست که از کهکشان بما می رسد، بلکه دست خوش تغییر قرار می گیرد. سئوال این است که اگر فوتون را یک ساعت در نظر بگیریم، آیا تمام تیک تاکهای آن تنها تحت تاثیر عوامل خارجی است، یا عوامل داخلی که ناشی از ساختمان فوتون است نیز بر آن اثر دارد یاخیر؟

هرچند که از نظر مکانیک کوانتومی فوتون یک ذره فاقد ساختمان است، اما در مکانیک کوانتوم نیز پدیده هایی توضیح داده می شوند(از جمله اثر موسذوئر، اثر کامپتون…) که نشان می دهد نمی توان از توجه به ساختمان فوتون غافل شد. لذا از دیدگاه سی. پی. اچ. ما تنها نمی توانیم همه ی شرایط جهانی را که ندیده ایم پیش گویی کنیم، بلکه حتی قادر نیستیم جهان خودمان را نیز بهمان گونه که هست ببینیم. اما می توانیم بگوییم که چه نوع ساحت هایی در جهانی دیگر امان وجود دارند. و این ساعت ها چه تاثیری روی هم می گذارند. پیش گویی ما در همین حد است.

 

بازنگری در هدف علم فیزیک
با در نظر گرفتن محدودیت‌هایی که از آن‌ها یاد شد، فیزیک‌دانان تعریف جدیدی را از علم ارائه کرده‌اند. نظریه همه چیز مجموعه‌ای از قوانینی خواهد بود که پیشگویی رویدادها را تا حدی که اصل عدم قطعیت معین کرده است، امکان‌پذیر می‌سازد. این بدان معنی است که در بسیاری موارد باید به احتمالات راضی شویم و از گرفتن نتایج مشخص و دقیق صرف‌نظر کنیم.
اگر منصف باشیم، باید بگوییم که همه فیزیک‌دانان گمان نمی‌کنند که «نظریه همه چیز» وجود دارد یا اگر هست، دستیابی به آن برای ما میسر است. بعضی از آن‌ها بر این باورند که علم با باریک‌بینی و اکتشافات پی‌ در پی به باز کردن اطاق‌های تو در توی اسرار ادامه خواهد داد ولی هیچ‌گاه به آخرین اطاق نمی‌رسد.

دیدگاه سی. پی. اچ.
بجای حدس و گمان که آیا رسیدن به نظریه همه چیز به معنی کامل آن که همه چیز را توضیح دهد و همه ی رویدادها را پیش گویی کند، امکان پذیر است یا نه، بهتر است نگاهی به نظریه هایی که تا بحال مطرح شده بیاندازیم و ببینیم که می توانیم از آنها کمک بگیریم یا نه؟
تجربه نشان می دهد که هر نظریه ای در بدو مطرح شدن، ابهاماتی را با خود همراه دارد که قادر به توضیح همه ی آنها نیست. مکانیک کلاسیک و نسبیت و مکانیک کوانتوم که بزرگترین نظریه ها هستند نیز بهمین گونه بوده اند. این ابهامات زمینه ی تلاش و تحقیق آتی را فراهم می سازند تا برای یک نظریه ی کاملتر کوشش کنیم. سئوال اصلی این است که آیا می توان نظریه ای داد که با ابهام و نارسایی همراه نباشد؟

اگر چنین نظریه ای وجود داشته باشد و ما بتوانیم آنرا ارائه دهیم، دیگر ابهامی وجود نخواهد داشت که زمینه ی تلاش برای ارائه ی یک نظریه ی کاملتر را فراهم کند. تنها می ماند اینکه چگونه می توانیم کاربردهای نظریه را کشف و مورد استفاده قرار دهیم. و این یعنی نقطه ی پایان برای ارائه ی نظریه هایی کاملتر. آیا بشر چنین توانی دارد؟
این سئوال را نمی توان در چارچوب یک بحث علمی پاسخ داد، بلکه در محدوده ی بحث های فلسفی و باورهای فلسفی است که بیشتر جنبه اعتقادی دارد تا علمی و تحقیقاتی.

هاوکینگ – از گرانش و نور چه می‌دانیم؟
سر ایزاک نیوتن، در سالهای ۱۶۰۰ پروفسور کرسی لوکاشین ریاضیات در کمبریج بود. وی همان مقامی را داشت که هاوکینگ امروزه دارد. نیوتن قوانینی را کشف کرد که چگونگی عمل گرانش را در شرایط کم و بیش عادی، توضیح می‌دهند. نخست این که اجسام درجهان درحال سکون نیستند. بهترین دیدگاه آن است که فکر کنیم، در جهان، همه چیز در حال حرکت است. ما می‌توانیم سرعت یا جهت حرکت خود را نسبت به سایر اجسامی که در جهان وجود دارند، بسنجیم، اما نمی‌توانیم آن را نسبت به سکون مطلق یا چیزی مثل شمال و جنوب، بالا یا پایین مطلق اندازه‌گیری کنیم.

به عنوان مثال، اگر کره ماه در فضا تنها بود، در حال سکون نمی‌ماند بلکه در امتداد خط راست بدون تغییر سرعت، به حرکت خود ادامه می‌داد. نیرویی موسوم به گرانش، ماه را وادار می‌کند که تندی حرکت و جهت حرکت خود را تغییر دهد. این نیرو از کجا می‌آید؟ این نیرو از مجموعه آراء ذرات نزدیک به‌هم (جسمی با جرم زیاد) می‌آید که همان زمین باشد. در همین حال، گرانش ماه نیز روی زمین تأثیر می‌گذارد. می‌دانیم که نمونه بارزش جذر و مد اقیانوس‌هاست.

نظریه گرانش نیوتن به ما می‌گوید که مقدار جرم یک جسم، چگونه بر شدت گرانش بین آن جسم و جسم دیگر، تأثیر می‌گذارد. هر قدر جرم زیادتر باشد، جاذبه شدیدتر خواهد بود.
نظریه گرانش نیوتن، نظریه بسیار موفقی بود و تا ۲۰۰ سال بعد، مورد تجدید نظر واقع نشد. هنوز هم ما از آن استفاده می‌کنیم در حالی که می‌دانیم، بعضی شرایط، مثلاْ اگر نیروهای گرانشی فوق‌العاده شدید باشند(به عنوان مثال در نزدیکی یک سیاهچاله) یا زمانی که اجسام با سرعتی معادل نور حرکت کنند، این نظریه دیگر صادق نیست.

آلبرت اینشتین، در اوایل این قرن، به مشکلی در نظریه نیوتن پی برد. دانستیم که نیوتن، شدت گرانی بین دو جسم را به فاصله آنها، مربوط می‌دانست. در صورتی که این فرضیه درست باشد، اگر خورشید در یک لحظه به هر دلیلی به فاصله خیلی دورتر از زمین برود، می‌بایستی جاذبه بین خورشید و زمین در همان لحظه تغییر کند. آیا چنین چیزی ممکن است؟
نظریه نسبیت خاص اینشتین می‌گوید که سرعت نور ثابت است. در هر مکان از جهان و با هر سرعتی که اجسام حرکت کنند، سرعت نور تغییر ناپذیر است و هیچ سرعتی، بالاتر از سرعت نور نیست. نور خورشید در زمانی معادل ۸ دقیقه به ما می‌رسد. بنابراین، ما همیشه خورشید را آن طور می‌بینیم که هشت دقیقه پیش بوده است. اگر خورشید از زمین دور شود، ۸ دقیقه بعد، ما به هر اثری که این تغییر فاصله داشته باشد، پی خواهیم برد. برای ۸

دقیقه،‌ما خورشید را در همان مدار می‌بینیم که قبلاً دیده‌ایم. مثل اینکه خورشید حرکتی نکرده است. به عبارت دیگر، اثر گرانی یک جسم بر جسم دیگر، نمی‌تواند فوراْ تغییر کند. زیرا سرعت انتقال گرانش که زیادتر از سرعت نور نیست. اطلاع از اینکه خورشید چه اندازه دور شده است، نمی‌تواند فوراْ از طریق فضا به ما برسد. این اطلاع‌رسانی، به هر وسیله‌ای که باشد، سریعتر از سرعت نور نخواهد بود.

بنابراین روشن است که اگر بخواهیم در باره حرکت اجسام در جهان گفتگو کنیم، واقع بینانه نخواهد بود که تنها سه بعد فضا را در نظر بگیریم. اگر هیچ چیز نمی‌تواند سریعتر از نور منتقل شود، چیزهایی در فاصله‌های نجومی، صرفاْ بدون یک عامل زمان نه برای ما وجود دارند و نه برای خود خود آن چیزها بین یکدیگر. توصیف جهان در سه بعد همان قدر ناکافی است که بخواهیم یک مکعب را در دو بعد توصیف کنیم. بسیار پرمعنی‌تر خواهد بود که بعدی به‌نام زمان را به ابعاد دیگر اضافه کنیم. یعنی بپذیریم که در واقع، چهار بعد وجود دارد و به بحث فضا ـ زمان بپردازیم.

دیدگاه سی. پی. اچ.
در اینجا دو نکته قابل توجه وجود دارد، اول آیا در توجیه و توضیح گرانش ما دارای یک نظریه رضایت بخش هستیم یا نه؟ توضیحات بالا در مورد گرانش از دید مکانیک کوانتوم و نسبیت نشان داد که هنوز از چنین پایگاه معتبر نظری برخوردار نیستیم. اما می دانیم که گرانش بر نور تاثیر دارد. این تاثیر که در نسبیت پیش گویی شد، در مکانیک کوانتوم هم پذیرفته شده است و با تجربه نیز سازگار است. حرکت نور از خورشید تا زمین در فضایی آکنده از گرانش انجام می شود.

دوم اینکه در نسبیت خاص هیچ پیزی نمی تواند با سرعتی بالاتر از سرعت نور حرکت کند، آیا شامل گرانش (یا از دیدگاه کوانتومی شامل گراویتون) هم می شود یا خیر؟ زمانی می توانیم به این سئوال جواب قطعی بدهیم که سرعت گرانش را اندازه گرفته باشیم که آن هم هنوز انجام نشده است.

اما دیدگاه نظری و شواهد تجربی قوی وجود دارد که نور و گرانش نه تنها بر یکدیگر تاثیر می گذارند، بلکه هر دو به یکدیگر قابل تبدیل هستند. جابجایی بسمت سرخ گرانش نشان می دهد که فرکانس فوتون هنگام ترک کردن یک سیاه چاله بسمت صفر میل می کند، یعنی همه ی انرژی خود را از دست می دهد. این بحثی است که نظریه سی. پی. اچ. بطور مفصل آن را مورد بررسی قرار داده و نشان داده که فوتون خود از ذرات زیر فوتونی بار-رنگها (گراویتونها) تشکیل می شود. سرعت این بار-رنگها (مسیر طی شده در واحد زمان نسبت به دستگاه لخت) بیشتر از سرعت خطی فوتون است. بنابراین به این نتیجه می رسیم که وقتی نسبیت می گوید هیچ چیز نمی تواند سریعتر از نور حرکت کند، الزاماً شامل گراویتون (آثار گرانشی) نمی شود.

لازم به تکرار است تا زمانیکه ما ساختمان فوتون را نشناخته ایم، با معماهای بسیاری روبرو هستیم که نمی توانیم به آنها پاسخ مناسب بدهیم. اما در مورد سه بعد فضا و یک بعد زمان، باید در نظر داشت که خود فضا از گرانش (گراویتونها) انباشته شده است. تا زمانیکه مسئله ی گرانش حل نشده، نمی توان فقط به چهار بعد فضا-زمان اکتفا کرد. خود نسبیت بر تاثیر گرانش بر روی رفتار ساعت ها تاکید دارد، چگ.نه می توانیم زمان را مستقل از گرانش فرض کرده و تنها به چهار بعد فضا-زمان محدود شویم. واقعیت این است که تا جاییکه که فضای متاثر از گرانش را در نظر داریم، بایستی در ابعاد مورد نیاز با احتیاط برخورد کنیم. چون نمی توانیم ساعت را مستقل از گرانش در نظر بگیریم. بنابراین واقعیت فضای بین ستارگان دارای پنج بعد می باشد، سه بعد برای فضا، یک بعد برای گرانش و یک بعد برای زمان.

 

هاوکینگ – نسبیت عام و فضا-زمان
اینشتین چندین سال بی‌وقفه در تلاش بود تا نظریه‌ای در باره گرانش بیابد که با آن‌چه خود او در باره نور و حرکت نزدیک به سرعت نور یافته بود، هم‌خوان باشد. او در سال ۱۹۱۵، نظریه نسبیت عام را اعلان کرد. بنابراین نظریه گرانش نه به عنوان نیرویی بین اجسام، بلکه بر حسب شکل و خمیدگی فضا ـ زمان چهار بعدی، در نظر گرفته می‌شود. در نسبیت عام، گرانش، هندسه جهان است.

بر اساس نظریه اینشتین، خمیدگی، به علت وجود جرم و انرژی ایجاد می‌شود. هر جسم پرجرم بسیار بزرگ، در خمیدگی فضا ـ زمان، نقش دارد. اجسامی که در «امتداد خطی مستقیم در جهان حرکت می‌کنند”، مجبور به دنبال کردن مسیرهای خمیده‌ای هستند. زمانی که کره ماه روی مسیر مستقیمی در نزدیکی زمین قرار دارد، روی می‌دهد. زمین، فضا ـ زمان را انحنا می دهد و مدار ماه، نزدیکترین چیز به خط مستقیم، در فضا ـ زمان منحرف شده است. از نظر اینشتین، یک جسم با جرم زیاد، موجب انحراف فضا ـ زمان می‌شود. طبق نظریه نسبیت عمومی، میدان جاذبه، و خمیدگی دو مفهوم یکسان‌اند.

اگر مدارهای سیارات منظومه شمسی را بر اساس نظریه‌های نیوتن و سپس با استفاده از نظریه اینشتین محاسبه کنیم، نتیجه، بجز در مورد عطارد، تقریباً یکسان خواهد بود. زیرا عطارد نزدیکترین سیاره به خورشید است و بیشتر تحت تأثیر جاذبه خورشید، قرار می‌گیرد. پیش‌بینی نتیجه این نزدیکی طبق نظریه اینشتین، اندکی با آنچه طبق نظریه نیوتن به دست می‌آید، متفاوت است. مشاهدات نشان می‌دهد که مدار عطارد، با پیش‌بینی اینشتین، هم‌خوانی بهتری دارد، تا نظریه نیوتن.

نظریه اینشتین، پیش‌گویی می‌کند که چیزهای دیگری بجز ماه و سیارات نیز، تحت تأثیر خمیدگی فضا ـ زمان قرار می‌گیرند. مثلاً فوتونها (ذرات نور)، باید در فضای خمیده حرکت کنند. اگر باریکه نوری که از ستاره‌ای دور سیر می‌کند، مسیر آن از نزدیکی خورشید بگذرد، خمیدگی فضا ـ زمان در نزدیکی خورشید موجب می‌شود که این مسیر اندکی به طرف خوردشید خمیده شود.

ستاره‌شناسان، با استفاده از این پدیده، جرم اجسام آسمانی را با اندازه‌گیری مقدار انحراف مسیر نور ستارگان دور، حساب می‌کنند. هر چه جرم این «خم‌کننده» زیادتر باشد، خمیدگی مسیر نور بیشتر خواهد بود. البته این مقیاسی است که در آن گرانش در ستارگان، کهکشانها و حتی تمام جهان آشکار می‌شود. اما، گرانش را می‌توان در مقیاسهای بسیار کوچک، حتی تا سطح کوانتومی نیز مورد توجه قرار داد. در حقیقت، اگر ما به گرانش در این سطح توجه نکنیم، هرگز نمی‌توانیم به یگانگی آن با سه نیروی دیگر که دوتای آنها تنها دراین سطح عمل می‌کنند، دست یابیم. روش مکانیک کوانتومی برای در نظر گرفتن نیروی گرانش بین ماه و زمین آن است که این نیرو را با تبادل گراویتونها (بوزونها یا ذرات پیام‌رسان نیروی گرانش)، بین ذرات تشکیل دهنده این دو کره در نظر بگیریم.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 16700 تومان در 94 صفحه
167,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد