عرفان کسرایی|ماهنامه دانشمند، شماره ۶۴۵
اگر به فیلم های علمی علاقمند باشید احتمالا فیلم نظریه‌ی همه‌چیز با موضوع زندگی شخصی و علمی استیون هاوکینگ را دیده اید. اما نظریه همه چیز چیست؟ آیا نظریه ی همه چیز وجود دارد یا می تواند وجود داشته باشد؟ در قرن ۱۹ میلادی به نظر می رسید چیزی برای کشف و نظریه پردازی در فیزیک باقی نمانده است. تقریبا همه چیز اینطور به نظر می رسید که پرونده فیزیک در حال بسته شدن است و بشر به فهم کاملی از طبیعت دست یافته است. انسان می دانست که نیرویی که باعث افتادن سیب از درخت می شود همان نیرویی است که باعث گردش ماه به دور زمین می شود. ماشین های بخار ساخته می شد و خیلی چیزهای دیگر. بسیاری بر این عقیده بودند که به زودی مسایل باقی مانده نیز حل شده و پرونده فیزیک به کلی بسته خواهد شد و دیگر چیز تازه ای برای فهمیدن از طبیعت وجود ندارد.
گرانش کوانتومی – راز بزرگ فیزیک
همه ما گرانش و آثار ناشی از آن را می شناسیم. زمانی که اشیاء را رها می کنیم می بینیم که به سوی زمین حرکت می کنند و یا همه ما بر حسب تجربه می دانیم که دویدن به سمت بالای تپه به مراتب سخت تر از دویدن به پایین آن است. با این وجود آثار ناشی از گرانش از دید یک فیزیکدان بسیار فراتر از این دست مثال های ساده و دم دستی است. نقش گرانش در مقیاس اشیاء بسیار بزرگ ؛ خیلی مهم تر هم می شود. این نیروی گرانش است که سبب گردش زمین به دور خورشید و یا گردش ماه به دور زمین است. این گرانش است که باعث می شود مثلا خورشید به دور مرکز کهکشان راه شیری در گردش باشد. گردشی طولانی که با سرعت ۲۲۰ کیلومتر بر ثانیه چیزی در حدود ۲۵۰ میلیون سال طول می کشد. در طبیعت ۴ نیروی بنیادی وجود دارد. گرانش، الکترومغناطیس و نیروی هسته ای ضعیف و قوی. از دیدگاه فیزیکدانان ، عمومیت داشتن گرانش (یعنی اینکه همواره به صورت جاذبه عمل می کند) آن را از ۳ نیروی دیگر متمایز کرده است. مثلا در مقایسه با نیروی الکتریکی میان اجسام باردار . می دانیم که بارهای الکتریکی دو نوع هستند. مثبت و منفی. بنابراین نیروی الکتریکی می تواند برای بارهای ناهمنام به صورت جاذبه ظاهر شود و برای بارهای همنام به صورت دافعه.
در حالی که نیروی گرانش فقط به صورت جاذبه وجود دارد و اتفاقا به همین دلیل است که گرانش برای کیهان شناسان از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. اگر می توانستیم در زمان به عقب سفر کنیم و به عبارتی به زمانهای اغازین شکل گیری جهان یعنی نزدیک بیگ بنگ بر گردیم چهار نیروی بنیادی طبیعت با یکدیگر ادغام می شوند. اگر این امکان وجود داشت که در زمان تا لحظه بیگ بنگ به عقب بر گردیم و آغاز جهان را شبیه سازی کنیم گرانش اولین نیرویی است که بعد از بیگ بنگ، بصورت دقیق تر در زمان پلانک یعنی ۱۰ به توان منفی ۴۳ ثانیه پس از انفجار بزرگ، اعلام استقلال کرده و به عنوان یک نیروی مستقل جدا می شود. پس از گرانش به ترتیب نوبت به نیروی هسته ای قوی می رسد و بعد هم نیروی هسته ای ضعیف و دست آخر نیروی الکترومغناطیس. فیزیکدانان می گویند ادغام سه نیرو همگی با نظریه ی کوانتوم تبیین می شود. تمام تلاش ها برای اراﯬ نظریه همه چیز در این راستاست که این نیروی چهارم یعنی گرانش را تبیین کند. اولین قدم برای انجام چنین کاری ، متحد کردن فیزیک کوانتومی با نظریه ی گرانش است. به عبارت ساده تر به وجود آوردن یک نظریه ی گرانش کوانتومی! یعنی همان چیزی که در فیلم اینترستلار شخصیتی به نام پروفسور براند ۴۰ سال برای حل آن زمان صرف کرده بود.
آیا نظریه همه چیز ممکن است؟
قوانین فیزیک که به عنوان قوانین بنیادی طبیعت شناخته می شوند ابزار اصلی علم فیزیک هستند. این قوانین شامل معادلاتی ریاضی هستند که رفتار ماده به صورت ذرات بنیادی را تبیین می کنند. کیهان شناسان سالهاست که در پی ایجاد وحدت بین فیزیک کوانتومی و نظریه گرانش بوده اند. از دید آنها این هدف غایی علم است. نوشتن قوانین ریاضی که همه نیروهای شناخته شده طبیعت را به صورت یک معادله واحد در می آورد. پیتر کلز در کتاب خود با نام کیهان شناسی می نویسد شاید در این صورت دیگر احساس پوشیدن چند لباس روی هم نداشته باشیم. در هر صورت باید در باره ی سرشت تبیینی که نظریه ای برای همه چیز فراهم می آورد احتیاط به خرج داد. مثلا باید بفهمیم که چگونه این نظریه تبیین خواهد کرد که چرا “نظریه ای برای همه چیز” اینگونه است و به شکل دیگری نیست. باید بفهمیم آیا نظریه ای که بر پایه ی مکانیک کوانتومی باشد می تواند از هر لحاظ کامل باشد در حالی که خود نظریه ی کوانتومی در ذات خودش نامعین است؟ ضمن اینکه پیشرفت های منطق ریاضی در قبال این موضوع که نظریه ای بتواند کاملا خودبسنده باشد ایجاد تردید کرده است. کرت گودل منطق دان مشهور قضیه ای را اثبات کرده بود که به نام خود او به قضیه ناتمامیت گودل معروف است و نشان می دهد هر نظریه ی ریاضی همواره شامل مواردی است که در درون همان نظریه قابل اثبات نیستند. با این اوصاف آیا نظریه همه چیز وجود خواهد داشت؟ هنوز راه درازی در پیش داریم تا بتوانیم به این پرسش پاسخ بدهیم.
فایل پی دی اف آیا “نظریه همه چیز” وجود دارد؟ در مجله دانشمند