منشا جرم اجسام چیست؟

اینكه اجسام جرم خود را از كجا به دست می‌آورند یكی از عمیق‌ترین اسرار طبیعت است. اكنون یك گروه از محققان فرضیه ای پیشنهاد كرده‌اند كه بر مبنای آن جرم محصول تعامل میان ماده و خلا كوانتومی در كیهان است.این نظریه در گذشته برای توضیح جرم حالت سكون مورد استفاده قرار گرفته بود. مقصود از جرم حالت سكون خاصیت مقاومت اجسام در مقابل تغییر سرعت (شتاب) است.اما اكنون این نظریه برای تعریف جرم گرانشی نیز مورد استفاده قرار گرفته است. مقصود از جرم گرانشی نیرویی است كه ماده یا یك جسم مادی در درون یك میدان جاذبه احساس می‌كند.سالهای سال نظر متعارف در میان دانشمندان دایر بر آن بود كه چیزی كه از آن با عنوان میدان هیگز یاد می‌كردند و معتقد بودند به وسیله ذره‌ای موسوم به بوزون هیگز تولید می‌شود مسوول بروز جرم در اجسام است.اما مشكلی كه وجود دارد آن است كه به رغم هزینه و زمان زیادی كه صرف شده و استفاده زیادی كه از دستگاههای شتاب‌دهنده به عمل آمده هنوز هیچكس بوزون هیگز را در آزمایشگاه یا در عرصه كیهان ردیابی نكرده است.ذره هیگز در دهه ‪ ۱۹۷۰‬به افتخار فیزیكدان انگلیسی پیتر هیگز نام گذاری شده و فرض بر آن است كه این ذره دو میدان الكترومغناطیس و اندركنش ضعیف بین هسته ای را به یكدیگر پیوند می‌زند و یكی می‌سازد.در دهه ‪ ۱۹۹۰‬آلفونسو روئیدا از دانشگاه دولتی كالیفرنیا در لانگ بیچ و برنارد هایش كه در آن هنگام در موسسه فیزیك و اخترفیزیك كالیفرنیا تحقیق می كرد و اكنون در موسسه "منی وان نت وركس ‪= ManyOne Networks‬شبكه های تكی-چندتایی" فعالیت می‌كند پیشنهاد كردند كه یك میدان كاملا متفاوت موسوم به میدان خلا كوانتومی احتمالا مسوول تولید جرم است.این میدان كه وجود آن به وسیله نظریه مكانیك كوانتومی پیش بینی شده، كمترین تراز و مقیاس انرژی در عالم به شمار می‌آید و به وسیله بقایای نوسانات الكترومغناطیس در هر جای كیهان به وجود می‌آید.به این میدان همچنین نام میدان نقطه صفر اطلاق شده و تصور می‌شود كه این میدان خود را به صورت اقیانوسی از فوتونهای مجازی ظاهر می‌سازد كه در سراسر كیهان دائم سر از این اقیانوس بیرون می‌آورند و لحظه ای می‌درخشند و دوباره به اقیانوس عدم فرو می‌روند.روئیدا و هایش استدلال كردند كه ذرات باردار مادی مانند الكترونها دائما به واسطه میدان صفر دچار نوسان و بالا و پائین رفتن می‌شوند اما این نوسانات به صورتی انجام می‌شود كه اگر این ذرات با سرعتی ثابت نسبت به این میدان در حال حركت باشند آنگاه اثر برآیندی این نوسانات صفر خواهد بود. به عبارت دیگر هیچ نیروی منتج مستقلی بر روی این ذرات عمل نمی‌كند.اما اگر ذرات در حال حركت شتابدار باشند آنگاه بر اساس محاسباتی كه در سال ‪ ۱۹۹۴‬به وسیله این دو فیزیكدان به انجام رسیده بود، روشن می‌شد كه تعداد فوتونهایی كه از درون اقیانوس فوتونهی مجازی در برابر این ذرات ظاهر می‌شوند از تعداد فوتونهایی كه در پشت سرشان قرار می‌گیرند بیشتر خواهد بود و به این ترتیب یك نیروی برآیند بر ذرات وارد خواهد شد كه با حركت ذرات مخالفت می‌كند و به این ترتیب موجب تولید جرم حالت سكون یا اینرسیال ذرات می‌شود.اما این تحقیق كه در آن هنگام در نشریه فیزیكال ریویو به چاپ رسید تنها یك نوع جرم را توضیح می‌داد. اكنون فیزیكدانان مدعی شده‌اند كه از همین مكانیزم می‌توان برای توضیح جرم گرانشی نیز استفاده به عمل آورد.یك جرم بسیار سنگین را در نظر بگیرید كه ساختار زمان-مكان را در اطراف خود دچار خمش كرده است. درست نظیر یك وزنه سنگین كه روی یك تشك فنری قرار داده شود این شی سنگین در عین حال میدان صفر یا میدان كوانتومی را نیز دچار خمش خواهد كرد بطوریكه ذره ای كه در نزدیك این شی سنگین قرار دارد و در محدوده خمیدگی زمان-مكان كه به وسیله آن ایجاد شده قرار گرفته در جهتی كه رو به سمت شی دارد با شمار كمتری فوتون در این اقیانوس مجازی مواجه می شود تا در جهتی كه دور تر از شی است.این امر بدین معناست كه یك نیروی برآیند به ذره وارد می‌شود كه آن را به سمت شی سنگین می‌راند و بنابراین ذره احساس می‌كند كه در چنبر گرانش شی سنگین گیر كرده است، این نیرو همان جرم گرانشی یا وزن ذره را بوجود می آورد.به اعتقاد رویئدا و هایش كه تحقیق اخیر خود را در نشریه علمی "آنالن در فیزیكی ‪ = Annalen der Physik‬سالنامه فیزیك" درج كرده‌اند این نظریه نشان می‌دهد سخن اینشتین در خصوص معادل بودن جرم گرانشی و جرم حاصل از شتاب درست بوده است.در جرم حاصل از شتاب این ذره است كه در درون اقیانوس خلا یا میدان صفر با شتاب در حال حركت است و در حالت جرم گرانشی این میدان صفر است كه با همان شتاب ذره را در می‌نوردد.به این ترتیب منشا تولید وزن ذرات مادی همان منشا تولید جرم حالت سكون آنها است.اما این فرضیه هنوز با موافقت دیگر فیزیكدانان روبرو نشده است. یكی از مسائل اصلی این فرضیه موقعیت خود میدان صفر است كه راز سر به مهری است و درباره آن اطلاعات زیادی در دست نیست.كل انرژی ذخیره شده در این میدان به نحو حیرت انگیزی زیاد است و مقدار آن چنان است كه می‌تواند كل كیهان را در خود مچاله كند و آن را همچون یك قلب تپنده به نوسانات ضرباهنگ دار وادارد.اما واضح است كه چنین حالتی در كیهان مشاهده نمی‌شود. محدودیت دیگر این فرضیه آن است كه تنها درباره ذرات باردار كاربرد دارد.شلدون گلاشو فیزیكدان برنده جایزه نوبل از دانشگاه بوستن درباره این فرضیه نظر منفی دارد.او می‌گوید: این فرضیه، به قول ولفگانگ پائولی حتی نادرست هم نیست.اما پائول وسن از دانشگاه استنفورد بر این باور است كه رویكرد غیر متعارف روئیدا و هایش حاوی نكات درخور توجهی است. اما این دو تن باید شواهدی نیز در تایید آن ارائه دهند. به عنوان مثال اگر این دو تن یك پیش بینی بدیع با استفاده از نظریه خود ارائه دهند آنگاه همه نظرها به سمت فرضیه شان جلب خواهد شد.

منبع : خبرگزاری جمهوری اسلامی