نقدی بر پایان فیزیک-دیدگاه هاوکینگ

انصافاٌ هاوکینگ در توضیح مطالب پیچیده و بغرنج فیزیک به زبان ساده مهارت خاصی دارد. بهمین دلیل آثار عمومی ایشان از استقبال چشم گیری برخوردار است. علاوه بر آن نام هاوکینگ به دلیل در دو کار جالب در مورد سیاه چاله ها جاودان خواهد شد. یکی تکینگی و دیگری تبخیر سیاه چاله ها. این دو مورد زمینه ی یک بحث فراگیر جهانی را بین فیزیکدانان فراهم کرد. هرچند به اعتراف خود هاوکینگ در کتاب تاریچه زمان از فیزیکدانان روسی الهام گرفته بود، اما این هاوکینگ بود که با محاسبات و معادلات ریاضی توانست توجه فیزیکدانان را به آن جلب کند. این نوشته نقدی است بر مقالات پایان فیزیک که در سایت هوپا منتشر شد و مجموع آنها در اینجا و بطور یکجا فرهم شده است. در این نوشته برخی نکات مهم نوشته هاوکینگ مورد بحث قرار می گیرد.
هاوکینگ:ذرات مادی رو كه همگی می‌شناسیم. پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم و الكترون‌ها كه به دور هسته می‌چرخند. ذرات مادی اتم رو به‌نام كلی فرمیون‌‌ها می‌شناسیم. فرمیون‌ها یك سیستم پیام‌رسانی دارند كه بین آن ذرات رد و بدل شده و به راه‌های معینی موجب ایجاد تاثیر و در نتیجه تغییراتی در آن‌ها می‌شود. این سرویس‌ها را نیرو می‌نامیم. ذراتی وجود دارد كه این پیام‌ها را بین فرمیون‌ها و در برخی موارد حتی بین خود رد و بدل می‌كنند. این ذرات پیام‌رسان به‌طور مشخص بوزون نامیده می‌شوند. پس هر ذره‌ای كه در جهان وجود دارد یا فرمیون هست یا بوزون
نظریه سی. پی. اچ. :همه ی ذرات اعم از فرمیونها و بوزونها از ذرات واحدی تشکیل شده اند که آن سی. پی. اچ. یا:CPH, Creation Particle Higgsمی نامیم. سی. پی. اچ. ها روی یکدیگر اثر دارند و این اثر بصورت تولید اسپین برای آنها نمودار می شود. سی. پی. اچ. ها پس از آنکه دارای اسپین شدند، با یکدیگر ادغام شده و کوانتومهای انرژی را به وجود می آورند. این کوانتومهای انرژی در فراینهای فیزیکی به زوج های ماده و پاد ماده تبدیل می شوند. در واقع بوزونها و فرمیونها از ذرات واحدی تشکیل می شوند که سی. پی. اچ. نامیده می شود. اگر ما دیدگاه خود را از مورد نیرو و انرژی تغییر دهیم و این دو را هم ارز بدانیم (که در حقیقت هم ارز هم هستند) آنگاه می توانیم دلیل تاثیر بوزنها بر فرمیونها و همچنین تاثیر بوزونها را بر یکدیگر توضیح دهیم.
هاوکینگ:گفتیم كه سرویس‌های پیام‌رسان ۴گانه نیرو نامیده می‌شوند. یكی از این نیروها گرانش هست. نیروی گرانش را كه ما را روی زمین نگه می‌دارد، می‌توانیم مثل پیامی در نظر بگیریم. حامل این پیام نوعی بوزون هست كه گراویتون نامیده می‌شود. گراویتون‌ها حامل پیامی بین ذرات اتم‌های بدن ما و ذرات اتم‌های زمین هستند و به ذرات مذكور می‌گویند كه به‌هم نزدیك شوند.
نظریه سی. پی. اچ. :هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود.
هاوکینگ:
نظریه‌ها
نظریه نسبیت عام اینشتین نظریه‌ای در باره جرم‌های آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سیارات و كهكشان‌هاست كه برای توضیح گرانش در این سطوح بسیار خوب است مكانیك كوانتومی نظریه‌ای است كه نیروهای طبیعت را مانند پیام‌هایی می‌داند كه بین فرمیون‌ها (ذرات ماده) رد و بدل می‌شوند. این نظریه اصل ناامیدكننده‌ای را نیز كه اصل عدم قطعیت نام دارد در بر می‌گیرد. بنابر این اصل هیچ‌گاه ما نمی‌توانیم همزمان مكان و سرعت (تندی و جهت حركت) یك ذره را با دقت بدانیم. با وجود این مسئله مكانیك كوانتومی در توضیح اشیاء، در سطوح بسیار ریز خیلی موفق بوده بوده است.یك راه برای تركیب این دو نظریه بزرگ قرن بیستم در یك نظریه واحد آن است كه گرانش را همانطور كه در مورد نیروهای دیگر با موفقیت به آن عمل می‌كنیم، مانند پیام ذرات در نظر بگیریم. یك راه دیگر بازنگری نظریه نسبیت عام اینشتین در پرتو نظریه عدم قطعیت است.اما اگر نیروی گرانش را مانند پیام بین ذرات در نظر بگیریم، با مشكلاتی مواجه می‌شویم. قبلاْ دیدیم كه شما می‌توانید نیرویی را كه شما را روی زمین نگه می‌دارد، مثل تبادل گراویتون‌ها(همان پیام‌رسان‌های گرانش) بین ذرات بدن خود و ذراتی كه كره زمین را تشكیل می‌دهند، در نظر بگیرید. در اینصورت نیروی گرانشی با روش مكانیك كوانتومی بیان می‌شود. اما چون همه گراویتونها بین خود نیز رد و بدل می‌شوند، حل این مساله از نظر ریاضی بسیار بغرنج می‌شود. بی‌نهایت‌هایی حاصل می‌شوند كه خارج از مفهوم ریاضی معنایی ندارند. نظریه‌های علم فیزیك واقعاْ نمی‌توانند با این بی‌نهایت‌ها سر و كار داشته باشند. آن‌ها اگر در نظریه‌های دیگر یافت شوند، تئوریسین‌ها به روشی كه آن را ریترمالیزیشن یا بازبهنجارش می‌نامند، متوسل می‌شوند. ریچارد فاینمن در این باره می‌گوید: این كلمه هر چقدر زیركانه باشد، باز من آن را یك روش دیوانه‌وار می‌نامم. خود او هنگامی كه روی نظریه‌اش در مورد نیروی الكترومغناطیسی كار می‌كرد، از این روش سود جست. اما او به این كار زیاد راغب نبود. در این روش از بی‌نهایت‌های دیگری برای خنثی كردن بی‌نهایت‌های نخستین، استفاده می‌شود. نفس این عمل اگر چه مشكوك است ولی نتیجه در بسیاری از موارد كاربرد خوبی دارد. نظریه‌هایی كه با به‌كارگیری این روش به‌دست می‌آیند، خیلی خوب با مشاهدات همخوانی دارند.استفاده از روش بازبهنجارش در مورد نیروی الكترومغناطیسی كارساز است ولی در مورد گرانش این روش موفق نبوده. بی‌نهایت‌ها در مورد نیروی گرانش از جهتی بدتر از بی‌نهایت‌های نیروی الكترومغناطیسی هستند و حذفشان ممكن نیست. ابرگرانش كه هاوكینز در خطابه لوكاشین خود بدان اشاره كرد و نظریه ابرریسمان كه در ا» اشیاء بنیادی جهان، بصورت ریسمان‌های نازكی هستند، پیشرفت‌های امیدوار كننده‌ای داشته‌اند، اما هنوز مسئله حل نشده است.
نظریه سی. پی. اچ. :مشکل اصلی در فیزیک این است که تلاش می کنند این دو نظریه، یعنی مکانیک کوانتوم و نسبیت را با یکدیگر سازگار سازند. در حالیکه با توجه به اصل هم ارزی نیرو و انرژی نیاز به تلاش زیادی نیست تا نسبیت و مکانیک کوانتوم با یکدیگر سازگار شوند. در واقع بایستی مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتوم و نسبیت را همزمان و با توجه به اصول و قوانین شناخته شده ی علمی که از نظر تجربی نیز تایید شده مورد بررسی مجدد قرار داد. برای اینکار بایستی تعریف جدیدی از انرژی ارائه داد و با توجه با این تعریف ساختمان فوتون را تعریف کرد. با چنین نگرشی بینهایت های مشکل ساز بسادگی برطرف خواهند شد. بینهایت های موجود و مشکل ساز ناشی از نگرش موجود در مکانیک کوانتم به درات است که ساختمان ذراتی نظیر فوتون و الکترون را قابل بررسی نمی داند. ابرریسمانها نیز قادر به ارائه ی راه اساسی نخواهند بود. زیرا در نظریه ریسمانها، یک ریسمان یک واحد بسیار کوچک انرژی است. اما در این نظریه هم نگرش نوینی به انرژی دیده نمی شود. در حالیکه نظریه سی. پی. اچ. کار را با یک نگرش نوین و انقلابی از خود انرژی آغاز می کند.هاوکینگ:
راه دیگر
از طرف دیگر اگر ما مكانیك كوانتومی را برای مطالعه اجسام بسیار بزرگ در قلمرویی كه گرانش فرمانروای بی‌چون و چرا است، بكار گیریم، چه خواهد شد؟ به‌دیگر سخن اگر ما آنچه را كه نظریه نسبیت عام در باره گرانش می‌گوید، در پرتو اصل عدم قطعیت بازنگری كنیم، چه اتفاقی خواهد افتاد؟
همانطور كه گفتیم طبق اصل عدم قطعیت(Uncertainty principle) نمی‌توان با دقت مكان و سرعت یك ذره را همزمان اندازه گرفت. آیا این بازنگری موجب تفاوت زیادی خواهد شد؟ در ادامه خواهیم دید كه استفن‌هاوكینگ در این زمینه به چه نتایج شگرفی دست یافته است.
سیاهچاله‌ها سیاه نیستند!
شرایط مرزی ممكن است به این نتیجه منتهی شود كه مرزی وجود ندارد حالا كه از ضد و نقیض‌ها گفتیم، یكی دیگر هم اضافه كنیم: فضای خالی، خالی نیست در ادامه خواهیم دید كه چگونه می‌توان به این نتیجه رسید. فعلا همینقدر بدانیم كه اصل عدم قطعیت بدان معنی است كه فضا مملو از ذره و پادذره است! نظریه نسبیت عام همچنین به مـــا می‌گوید كـــه وجود ماده یـــا انرژی سبب خمیدگی یــا تاب‌خوردن فضا-زمان می‌شود. یك نمونه خمیدگی آشنا می‌شناسیم. خمیدگی باریكه‌های نور ستارگان دور هنگامی كه از نزدیكی 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 كل انرژی آن‌ها مقداری عظیم یا مقداری بی‌نهایت از انرژی است.
۲- وجود این انرژی باعث خمیدگی فضا-زمان می‌شود.
نظریه سی. پی. اچ. :به جای آنکه اصل عدم قطعیت را به نسبیت تعمیم دهیم، باید به این نکته ی بسیار مهم توجه کنیم که همه ی جهان از کوانتوم ها (انرژی، اتم، ذرات زیر اتمی) تشکیل شده اند. بنابراین همان قوانینی را که بر این ذرات حاکم است می توانیم به تمام جهان تعمیم دهیم. در نظریه سی. پی. اچ. فضا از سی. پی. اچ. انباشته شده است. سی. پی. اچ. ها روی یکدیگر کار انجام می دهند و کوانتوم های انرژی را تولید می کنند. در مکانیک کوانوتم هیچ توضیحی وجود ندارد که چرا فضا از فضا از ماده و پاد ماده انباشته شده است و تنها اصل عدم قطعیت مجوز آن را صادر کرده است. در حالیکه در نظریه سی. پی. اچ. ضمن توضیح کافی برای آن، دلیل اینکه چرا در فضا ماده وجود دارد یا فضا به تولید ماده و پاد ماده می پردازد ارائه می شود.همچنین در نسبیت عام با توجه به اصل هم ارزی فضا دارای انحنا است. در حالیکه در نظریه سی. پی. اچ. انحنای فضا کاملاً توجیه شهودی دارد. همین دلایل شهودی و ملموس نشان می دهد که فضا باایستی دارای انحنا باشد و میزان انحنای فضا نیز تابع چگالی سی. پی. اچ. در فضا است.
هاوکینگ:نسبیت عام و مكانیك كوانتومی هر دو نظریه‌های فوق‌العاده خوب و از موفق‌ترین دستاوردهای فیزیك در قرن گذشته هستند. از این دو نظریه نه‌تنها برای هدف‌های نظری بلكه برای بسیاری كاربردهای عملی، به‌نحوی درخشان استفاده می‌شود. با وجود این اگر آن‌ها را با هم در نظر بگیریم، نتیجه همانطور كه دیدیم بی‌نهایت‌ها و بی‌معنی بودن است. نظریه همه چیز باید به‌نحوی این بی‌معنا بودن را حل كند.
نظریه سی. پی. اچ. :نظریه همه چیز با گذشت سالهای متمادی و کار مداوم فیزیکدانان روی آن هنوز نتوانسته این مشکل را حل کند. زیرا همچنانکه گفته شد، بدون توجه به هم ارزی نیرو و انرژی این مشکل قابل حل نخواهد بود.
ویژگیهای برجسته نظریه سی. پی. اچ
در این نظریه بر خلاف نظریه ریسمانها می توان علت ثابت بودن سرعت نور و مسیر منحی شكل نور را در میدانهای گرانشی توضیح داد.
در واقع:نظریه سی. پی. اچ. هر سه نظریه ی مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتومی و نسبیت را پوشش می دهد.بسیاری از پدیدهای فیزیکی که نظرات قدیمی و حتی نظریه ریسمانها قادر به توضیح انها نیستند، در نظریه سی. پی. اچ. بسادگی قابل توضیح دادن است.منشاء زمان و شرایط پیدایش جهان قابل مشاهده (بینگ بنگ) توضیح داده می شود.در فیزیک تا به حال همواره از تاثیر نیرو بر اجسام صحبت می شود. نظریه سی. پی. اچ. اولین نظریه ای است که از تاثیر اجسام بر نیرو سخن می گوید.نظریه سی. پی. اچ. فیزیک را از حالت یک دانش پیچیده و خشک، به صورت یک دانش ساده و شهودی در آورده است.از زمان مطرح شدن نظریه ریسمانها به دلیل آنكه توان توضیح پدیده ها را با همان ده بعدی كه در آغاز بیان كرده بود نداشت، دائم بر تعداد ابعاد آن افزوده می شود و امروزه تلاش می شود با بیست و شش بعد به توضیح جهان بپردازد. در حالیكه نظریه سی. پی. اچ. نیازی ندارد ابعاد اضافی را بكار گیرد.در ساختار كلان حهان همان قانونی حاكم است كه در كوچكترین واحدهای كمیت های طبیعت حاكم است. یعنی قوانین جهان میكروسكپی را می توان به جهان ماكروسكپی تعمیم داد و این كاری است كه نظریه سی. پی. اچ. انجام داده است.امید است نظریه ی سی. پی. اچ. بتواند در گسترش بحثهای علمی در دانشگاه های کشور موثر واقع شود. گسترش بحث و تبادل نظر در زمینه های علمی می تواند در نهادینه شدن گفتمان منطقی در جامعه مفید باشد. به متن سخنرانی در سمینار فیزیک مراجعه فرمایید.

حسین جوادی