آیا علم می‌تواند پاسخگوی همه‌چیز باشد؟

مهدی مومن زاده ۲۳ اسفند ۱۳۹۶ | ۱۰:۳۰ 14 مارس 2018

شاید فیلم «نظریه‌ی همه‌چیز» (Theory of Everything) را دیده باشید. فیلمی که زندگی استیفن هاوکینگ، کیهان‌شناس معروف را به تصویر کشیده و نشان می‌دهد که با وجود معلولیت چگونه توانسته به چنین چهره‌ی برجسته‌ای تبدیل شود. هاوکینگ از جمله دانشمندانی است که سال‌ها روی رسیدن به تک نظریه‌ای که بتواند توضیح دهنده‌ی همه‌ی پدیده‌های عالم باشد کار کرده. نظریه‌ای که می‌تواند دلیل هر اتفاقی در کیهان را به ما توضیح دهد. قبل از هاوکینگ هم دانشمندان زیادی در این راه تلاش کرده بودند. از جمله آلبرت اینشتین که در این راه کوشید، ولی نتوانست به آن برسد. اگر واقعا نظریه‌ی همه‌چیز پیدا شود، دستاورد بزرگی برای بشر خواهد بود، چرا که می‌تواند باعث معنی‌دار شدن هر پدیده‌ای که در جهان اطرافمان می‌بینیم، شود. دهه‌هاست که بعضی از فیزیک‌دان‌ها می‌گویند در آستانه‌ی رسیدن به آن هستیم. واقعا این‌طور است؟ آیا می‌توانیم به نظریه‌ای برسیم که همه‌چیز، از نحوه‌ی حرکت کهکشان‌ها و ستاره‌ها گرفته تا رشد درختان روی زمین و شکل عملکرد مغز انسان را توصیف کند؟

رسیدن به نظریه‌ای واحد برای همه‌چیز، کاملا قابل فهم و دست‌یافتنی به نظر می‌رسد. بدین خاطر که طبیعت قوانین بنیادین خیلی کمی دارد و این قوانین کم خیلی ساده هستند. در عالم فقط چهار نیروی بنیادین وجود دارد. نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای قوی و هسته‌ای ضعیف هستند که باعث می‌شوند عالم این‌طور که می‌بینیم کار کند. با این حال در اطرافمان پیچیدگی‌های زیادی مشاهده می‌کنیم. برای رسیدن به نظریه‌ی همه‌چیز باید این پیچیدگی‌ها را کنار بگذاریم و قوانین ساده‌ی موجود در پس آن‌ها را ببینیم.

سراب مکانیک نیوتونی

در سال ۱۶۸۷، بسیاری از دانشمندان فکر می‌کردند که به نظریه‌ی توصیف کننده‌ی همه‌چیز رسیده‌اند. آیزاک نیوتون کتابی منتشر کرد و در آن توضیح داد که گرانش چگونه کار و اجرام تحت تاثیر آن به چه شکلی حرکت می‌کنند. کتاب او «اصول ریاضی و فلسفه‌ی طبیعی» نام داشت و به نوعی قوانین ریاضی فلسفه‌ی طبیعی را تبیین کرد. او در این کتاب نشان داد که جهان ما چقدر منظم است و همه‌چیز چقدر زیبا در رابطه‌ی علت و معلولی کار می‌کند.

طبق یک داستان معروف، نیوتون ۲۳ ساله بود که داشت در باغی قدم می‌زد. سیبی از درخت به زمین افتاد و او را به فکر فرو برد. دانشمندان آن زمان هم می‌دانستند که زمین اجرام را به سوی خود می‌کشد. ولی نیوتون این ایده را فراتر برد و گسترش داد. طبق گفته‌ی «جان کندویت» که سال‌ها دستیار نیوتون بود، دیدن صحنه‌ی افتادن سیب روی زمین این ایده را در ذهن نیوتون بوجود آورد که نیروی گرانش فقط به سطح زمین محدود نمی‌شود و می‌توان آن را به فواصل خیلی زیاد و کل منظومه‌ی شمسی تعمیم داد. نقل است که نیوتون گفته بود: «چرا این نیرو نباید بتواند تا ماه برود؟»

نیوتون قانون گرانشی خلق کرد که برای سیب روی زمین و سیاره‌هایی که دور خورشید می‌گردند، یکسان بود. هرچند این اجرام خیلی با هم فرق دارند و ابعاد آن‌ها به شدت متفاوت است، ولی از قوانین یکسانی پیروی می‌کنند. نیوتون در این کتاب سه قانون را بیان کرد و در آن‌ها توضیح داد که اجرام چگونه حرکت می‌کنند. این قوانین می‌گفتند که وقتی یک توپ را به هوا می‌اندازید چگونه حرکت می‌کند و چه شکلی به زمین باز می‌گردد. یا اینکه چرا ماه در مدار زمین گردش می‌کند.

زمانی تصور می‌شد که مکانیک نیوتونی می‌تواند پاسخگوی هر سوالی در جهان باشد.

زمانی تصور می‌شد که مکانیک نیوتونی می‌تواند پاسخگوی هر سوالی در جهان باشد.

مردم خیلی سریع فکر کردند که با این سه قانون تقریبا هرچیزی را می‌شود توصیف کرد. کافی بود موقعیت و سرعت هر ذره در جهان را داشته باشید تا بتوانید در زمانی دیگر، موقعیت و سرعت آن را حساب کنید. طبق این منطق اگر یک ابرکامپیوتر فرضی خیلی قدرتمند داشته باشید، این کامپیوتر باید بتواند با داشتن موقعیت و سرعت هر ذره‌ در جهان، موقعیت و سرعت آن برای زمانی در آینده یا گذشته را حساب کند. بنابراین دیگر در جهان هیچ‌چیزی غیر قابل پیش‌بینی نیست و مکانیک نیوتونی می‌تواند هرچیزی را در جهان، حتی تفکر انسان‌ها را هم توضیح دهد. ولی نیوتون به مشکلات قوانین خود آگاه بود. برای مثال گرانش نمی‌تواند توضیح دهد چرا ذرات کوچک می‌توانند در کنار هم باقی بمانند. گرانش نیروی ضعیفی است و نمی‌تواند این جاذبه‌ی نزدیک را بین ذرات یک جسم کوچک مثل یک سیب بوجود آورد. در ضمن هرچند که نیوتون می‌توانست توضیح بدهد در حرکت اجرام چه اتفاقی می‌افتد، ولی نمي‌توانست به چگونگی و چرایی آن پاسخ دهد. نظریه‌ی نیوتون ناکامل به نظر می‌رسید.

علاوه بر این‌ها یک مشکل بزرگتر هم وجود داشت. قوانین نیوتون به خوبی توانسته بودند حرکت بیشتر اجرام عالم را توصیف و پیش‌بینی کنند. ولی مواردی هم بود که نمي‌توانستند توضیح بدهند. این موارد نادر بودند و مربوط به اجرامی می‌شدند که سرعت خیلی زیادی داشتند یا تحت گرانش خیلی قوی بودند.

یکی از این مشکلات در پیش‌بینی مدار عطارد، نزدیک‌ترین سیاره به خورشید پدیدار شد. قوانین نیوتون به خوبی توانایی پیش‌بینی مدار همه‌ی سیارات را دارند. ولی عطارد از این قانون مستثنی است و مدار آن با مکانیک نیوتونی دقیقا قابل پیش‌بینی نیست. این خللی بزرگ در قانون گرانش جهان‌شمول نیوتون به حساب آمد.

امید به نسبیت عام اینشتین

کلید معما در ذهن آلبرت اینشتین بود. تقریبا ۲۰۰ سال بعد از نیوتون، اینشتین نظریه‌ی نسبیت عام را مطرح کرد. همان نظریه‌ای که پارسال صدمین سالگردش را جشن گرفتیم. اینشتین دید ما را نسبت به گرانش کاملا عمیق‌تر کرد. ایده‌ی اصلی او این است که فضا و زمان که به نظر پدیده‌های متفاوتی‌ هستند، در عالم به صورت درهم بافته وجود دارند. فضا دارای سه بعد طول، عرض و ارتفاع است. زمان، بعد چهارم به حساب می‌آید. همه‌ی این چهارتا به یک صفحه‌ی غول‌پیکر کیهانی متصل هستند. این همان صفحه‌ی فضا-زمان است.

ایده‌ی بزرگ اینشتین این بود که اجرام سنگین مثل سیاره‌ها می‌توانند فضا-زمان را خم کنند. مثل این است که گوی سنگینی را روی یک تشک بگذارید. در این صورت گوی، سطح تشک را خم می‌کند. اگر گوی‌های دیگری هم روی سطح تشک وجود داشته باشند، تحت تاثیر خمیدگی آن قرار می‌گیرند و به سوی گوی اصلی قل می‌خورند. این همان چیزی است که اینشتین آن را گرانش می‌داند.

به نظر ایده‌ی عجیبی می‌آید، ولی فیزیک‌دان‌ها آن را پذیرفته‌اند. به خصوص اینکه به خوبی توانسته مدار عجیب عطارد را توصیف کند. طبق نظریه‌ی نسبیت عام، جرم بزرگ خورشید، صفحه‌ی فضا-زمان اطراف را خمیده می‌کند. عطارد که خیلی نزدیک خورشید است، بیشتر در دام این خمیدگی می‌افتد. معادلات نسبیت عام نشان می‌دهند که این فضا-زمان خمیده چگونه بر مدار عطارد تاثیر می‌گذارد و این معادلات به خوبی می‌توانند موقعیت سیاره در هر زمانی را پیش‌بینی کنند.

نسبیت عام اینشتین گرانش را بر اساس خمیدگی فضا-زمان توضیح می‌دهد. ولی در جهان زیراتمی کار نمی‌کند.

نسبیت عام اینشتین گرانش را بر اساس خمیدگی فضا-زمان توضیح می‌دهد. ولی در جهان زیراتمی کار نمی‌کند.

علی‌رغم این موفقیت، نسبیت عام هم نظریه‌ی همه‌چیز نیست. همان‌طور که نظریه‌ی نیوتون برای اجرام خیلی بزرگ و سنگین کار نمی‌کرد، نسبیت عام هم در ابعاد خیلی کوچک کار نمی‌کند. اجرام در ابعاد زیراتمی خیلی عجیب و غریب رفتار می‌کنند.

تا قرن نوزدهم تصور می‌شد که اتم کوچک‌ترین واحد سازنده‌ی ماده است. اتم از واژه‌ی یونانی «اتوموس» (atomos) به معنی غیر قابل تقسیم آمده است. یعنی اینکه انتظار نمی‌رفته بتوان آن را به قطعات کوچکتر تقسیم کرد. ولی در دهه‌ی ۱۸۷۰، دانشمندان ذراتی را یافتند که تقریبا ۲۰۰۰ بار از اتم‌ها سبک‌تر بودند. طی نیم قرن بعد دانشمندان فهمیدند که اتم دارای یک هسته است و الکترون‌ها در مدار آن گردش می‌کنند. هسته که سنگین‌ترین قسمت اتم است، خودش از دو نوع ذره، یعنی پروتون و نوترون تشکیل شده است. پروتون‌ها بار مثبت و نوترون‌ها بار خنثی دارند. دانشمندان باز هم متوقف نشدند و راه‌هایی برای تقسیم بیشتر اتم‌ها یافتند تا مفهوم ذرات بنیادین شکل گرفت. تا دهه‌ی ۱۹۶۰، دانشمندان ده‌ها ذره‌ی جدید پیدا کرده بودند.

تا آن‌جا که اکنون فهمیده‌ایم، از سه ذره‌ی سازنده‌ی اصلی اتم، فقط الکترون ذره‌ی بنیادین به حساب می‌آید. نوترون‌ها و پروتون‌ها خود به ذرات کوچک‌تری به نام کوارک‌ها تقسیم می‌شوند. قوانین حاکم بر این ذرات کاملا متفاوت با قوانین حاکم بر اجرام بزرگ مثل سیب و سیارات است. این قوانین را مکانیک کوانتم می‌نامیم.

سردرگمی کوانتمی

در فیزیک کوانتم، ذرات فاقد مکان‌های مشخص هستند. محل قرارگیری آن‌ها قطعی نیست. تمام چیزی که می‌توانیم بگوییم این است که هرکدام از ذرات شانس یکسانی برای قرار گرفتن در هر مکانی دارند. این بدین معنیست که عالم به صورت ذاتی فاقد قطعیت است. البته این حرف‌ها ممکن است به نظرتان عجیب و غیر قابل باور بیاید. ریچارد فاینمن که خود فیزیک‌دان بود و در زمینه‌ی فیزیک کوانتم کار می‌کرد، می‌گوید: «فکر می‌کنم که می‌توانم با خیال راحت بگویم کسی مکانیک کوانتم را نمی‌فهمد.» عدم قطعیت مکانیک کوانتم، اینشتین را هم کلافه کرده بود. اینشتین هیچ‌وقت فیزیک کوانتم را باور نکرد و در پی کار بر روی آن نرفت.

به مرور زمان مشخص شد که مکانیک کوانتم و نسبیت عام هر دو خیلی دقیق کار می‌کنند. فیزیک کوانتم، ساختار و رفتار اتم‌ها را توضیح می‌دهد. از جمله اینکه مثلا می‌تواند توضیح دهد چرا بعضی از آن‌ها پرتوزا هستند. همچنین کوانتم به نوعی بنیان همه‌ی فناوری الکترونیک ما را ساخته است. در واقع باید گفت که بدون آن شما نمی‌توانستید این مقاله را بخوانید.

در همین حال از نسبیت عام برای پیش‌بینی وجود سیاه‌چاله‌ها استفاده شد. سیاه‌چاله‌ها بر اثر مرگ و رمبش ستاره‌های عظیم تحت وزن خودشان بوجود می‌آیند. جاذبه‌ی سیاه‌چاله‌ها آن‌قدر قوی است که حتی نور هم نمی‌تواند از آن‌ها بگریزد.

مسئله این است که این دو نظریه به طرز عجیبی با هم سازگار نیستند و بنابراین ممکن نیست هر دوی آن‌ها درست باشند. نسبیت عام می‌گوید که رفتار اجرام به طور دقیق می‌تواند پیش‌بینی شود، این درحالیست که مکانیک کوانتم مي‌گوید همه‌ی آن‌چه شما می‌دانید چیزی نیست جز احتمال وقوع پدیده‌ها.

مکانیک کوانتم عالم ما را غیر قابل پیش‌بینی می‌کند.

مکانیک کوانتم عالم ما را غیر قابل پیش‌بینی می‌کند.

این بدین معنیست که چیزهایی وجود دارند که فیزیک‌دان‌ها نمی‌توانند آن‌ها را توصیف کنند. مثلا سیاه‌چاله‌ها از جمله‌ی همین مشکلات هستند. آن‌ها خیلی عظیم هستند و بنابراین قوانین نسبیت عام برای آن‌ها کار می‌کند، در ضمن آن‌قدر کوچک هستند (به دلیل رمبش ستاره‌ و جمع شدن همه‌ی جرم آن در یک نقطه‌ي کوچک) که برای شناخت بیشتر آن‌ها از مکانیک کوانتم هم می‌توان استفاده کرد.

البته مگر در صورتی که بخواهید به یک سیاه‌چاله نزدیک شوید، این عدم سازگاری بین مکانیک کوانتم و نسبیت عام روی زندگی شما تاثیر نمی‌گذارد. ولی به هر حال در بیشتر قرن گذشته، حسابی ذهن فیزیک‌دان‌ها را به خود مشغول کرده است. شاید اگر این دو نظریه با هم سازگار شوند، به نظریه‌ی همه‌چیز برسیم.

اینشتین بیشتر عمر خود را صرف یافتن چنین نظریه‌ای کرد. البته او موافق با عدم قطعیت نبود، ولی می‌خواست گرانش را با دیگر قوانین فیزیک آشتی دهد. بزرگترین چالش او، سازگار کردن گرانش با الکترومغناطیس بود. در دهه‌ی ۱۸۰۰، فیزیک‌دان‌ها فهمیده بودند که ذرات باردار می‌توانند به همدیگر جذب یا از یکدیگر دفع شوند. به همین دلیل است که بعضی فلزات به آهنرباها جذب می‌شوند. این بدین معنیست که اجسام می‌توانند به یکدیگر دو نوع نیرو وارد کنند. آن‌ها می‌توانند یکدیگر را با گرانش جذب یا با نیروی الکترومغناطیس جذب و دفع کنند.

اینشتین می‌خواست این دو نیرو را با «نظریه‌ی میدان واحد» ادغام کند. برای انجام این کار، فضا-زمان را به پنج بعد گسترش داد. او علاوه بر سه بعد فضا و یک بعد زمان، بعد پنجمی را هم افزود. بعدی که به گفته‌ی اینشتین آن‌قدر کوچک است که نمي‌توانیم آن را ببینیم. اینشتین ۳۰ سال روی این کار تلاش کرد و هیچ‌وقت به نتیجه نرسید. او در سال ۱۹۵۵ فوت کرد و نظریه‌ی میدان واحد او هم هنوز نصفه و نیمه مانده است. یک دهه بعد از مرگ اینشتین، بزرگترین رقیب نظریه‌ی همه‌چیز، یعنی «نظریه‌ی ریسمان» ارائه شد.

گره کور ریسمان

ایده‌ی نظریه‌ی ریسمان خیلی ساده است. این نظریه می‌گوید که اجزای سازنده‌ی ماده مثل الکترون‌ها، ذره نیستند. در عوض آن‌ها حلقه‌های کوچک ریسمانی هستند. این حلقه‌های ریسمان آن‌قدر کوچک‌اند که آن‌ها را به صورت نقطه می‌بینیم. درست مثل سیم‌های یک گیتار، این ریسمان‌ها هم تحت فشار کشسانی قرار دارند. این بدین معنیست که آن‌ها بسته به اندازه‌شان در بسامدهای مختلف لرزش می‌کنند.

این نوسانات باعث می‌شوند که هرکدام از ریسمان‌ها به شکل ذرات مختلف به نظر آیند. نوسان یک ریسمان در فرکانسی خاص باعث می‌شود که ما آن ریسمان را مثلا به شکل یک الکترون ببینیم. نوسان آن در فرکانسی دیگر باعث می‌شود که ذره‌ی بنیادین دیگری را ببینیم. بنابراین طبق این نظریه، همه‌ی ذرات زیر اتمی که تا به حال کشف کرده‌ایم در واقع همان ریسمان‌ها هستند که هرکدام در فرکانس‌های مختلف لرزش می‌کنند.

البته شاید در نظر اول این هم ایده‌ی خوبی به نظر نرسد. ولی هر چهار نیروی بنیادین موجود در طبیعت را معنادار می‌کند. گرانش و الکترومغناطیس بعلاوه‌ی دو نیروی دیگر که در قرن بیستم کشف شدند. نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف فقط در محدوده‌ی هسته‌ی اتم‌ها کار می‌کنند. به همین دلیل است که خیلی دیر آن‌ها را کشف کردیم. نیروی هسته‌ای قوی، ذرات هسته را کنار هم نگه می‌دارد. نیروی هسته‌ای ضعیف در حالت عادی هیچ‌کاری نمی‌کند ولی اگر نیرویش مقداری زیاد شد، باعث می‌شود که هسته از هم بپاشد. به همین دلیل است که بعضی اتم‌ها پرتوزا هستند.

نظریه‌ی ریسمان می‌گوید که هر ذره‌ی زیراتمی چیزی نیست جز یک ریسمان حلقوی که در فرکانسی خاص نوسان می‌کند.

نظریه‌ی ریسمان می‌گوید که هر ذره‌ی زیراتمی چیزی نیست جز یک ریسمان حلقوی که در فرکانسی خاص نوسان می‌کند.

 هر نظریه‌ی همه‌چیزی که ارائه شود، باید بتواند هر چهار نیرو را توصیف کند. خوشبختانه مکانیک کوانتم توانایی یگانه کردن دو نیروی هسته‌ای و نیروی الکترومغناطیس را دارد. هرکدام از این نیروها یک ذره‌ی حامل دارند، ولی تا به حال هیچ‌ذره‌ای برای حمل گرانش کشف نشده است. بعضی از فیزیک‌دان‌ها فکر می‌کنند که چنین ذره‌ای وجود دارد. آن‌ها این ذره‌ی فرضی را «گراویتون» (Graviton) نامیده‌اند. گراویتون‌ها جرم ندارند و با سرعت نور حرکت می‌کنند. تا به حال کسی این ذرات را کشف نکرده است.

این همان‌جاییست که نظریه‌ی ریسمان وارد کار می‌شود. این نظریه ریسمانی را معرفی می‌کند که می‌تواند رفتاری مشابه گراویتون داشته باشد. این حلقه‌ی ریسمان هم فاقد جرم است، با سرعت نور حرکت می‌کند و البته اسپین مناسب دارد. برای نخستین بار در نظریه‌ی ریسمان، مکانیک کوانتم و نسبیت عام تفاهم پیدا کردند. در نتیجه، در اواسط دهه‌ی ۱۹۸۰ فیزیک‌دان‌ها خیلی به نظریه‌ی ریسمان علاقمند شدند. در سال ۱۹۸۵ نظریه‌ی ریسمان توانست بسیاری از مشکلاتی که طی ۵۰ سال پیش از آن وجود داشت را حل کند، ولی خود این نظریه هم مشکلاتی دارد.

نخست این است که هنوز نظریه‌ی ریسمان را با جزییات زیاد نمی‌شناسیم و زیر و بم‌های آن را به خوبی نفهمیده‌ایم. دوم اینکه این نظریه پیش‌بینی‌هایی می‌کند که به نظر عجیب می‌آیند. درحالی که نظریه‌ی میدان واحد اینشتین به یک بعد اضافه وابسته بود، ساده‌ترین مدل‌های نظریه‌ی ریسمان به ۲۶ بعد احتیاج دارند. این ابعاد باید وجود داشته باشند تا روابط ریاضی نظریه‌ی ریسمان درست از آب درآیند.

نسخه‌های پیچیده‌تری از آن مثل «نظریه‌های ابرریسمان» دارای ۱۰ بعد هستند. ولی باز هم این خیلی بیشتر از ابعادی است که ما در اطراف خود می‌بینیم. تنها راه اینکه آن را بفهمیم این است که بگوییم فقط سه بعد از ابعاد عالم گسترش یافتند و بزرگ شدند. بقیه آن‌قدر کوچک هستند که نمی‌توان آن‌ها را فهمید.

گرانش کوانتمی حلقه

به خاطر این مشکلات و مسائل دیگر، بسیاری از فیزیک‌دان‌ها با نظریه‌ی ریسمان موافق نیستند. بعضی از آن‌ها نظریه‌ی دیگری به نام «گرانش کوانتمی حلقه» ارائه داده‌اند. به زبان خیلی ساده، این نظریه به دنبال یک نظریه‌ی کوانتمی برای گرانش می‌گردد. این نظریه از نظریه‌ی ریسمان محدودتر، ولی نسبت به آن مشکل‌تر است.

گرانش کوانتمی حلقه می‌گوید که فضا-زمان به تکه‌های کوچک تقسیم شده است. وقتی زوم بک می‌کنید تکه‌ها را نمی‌بینید و کل فضا-زمان را خیلی یکدست مشاهده می‌کنید. وقتی به درون زوم می‌کنید تعداد زیادی نقطه می‌بینید که با خط‌ها یا حلقه‌هایی به هم متصل شده‌اند. این فیبرهای کوچک که به یکدیگر بافته شده‌اند، می‌توانند گرانش را توصیف کنند.

گرانش کوانتومی حلقه به دنبال نظریه‌ای کوانتمی درباره‌ی گرانش است.

گرانش کوانتومی حلقه به دنبال نظریه‌ای کوانتمی درباره‌ی گرانش است.

این ایده هم درست مثل نظریه‌ی ریسمان عجیب و غریب است و مشکلات مشابهی دارد. در ضمن هیچ‌گونه شواهد تجربی هم از آن وجود ندارد. چرا این نظریه‌ها هنوز دست و پا شکسته هستند؟ یک امکان این است که احتمالا ما هنوز چیز زیادی از آن‌ها نمی‌دانیم. خیلی جذاب است فکر کنیم که همه‌چیز را کشف کرده‌ایم. ولی به نظر نمی‌رسد که به زودی بتوانیم به نظریه‌ی همه‌چیز برسیم. واقعیت این است که این نظریه‌ها را خیلی مشکل می‌توان اثبات کرد چون که ریاضیات آن‌ها خیلی پیچیده است. مشکل اصلی در پیشبرد نظریه‌ی ریسمان این است که ریاضیات کافی برای اینکه بتوانیم فیزیک آن را مطالعه کنیم وجود ندارد.

علی‌رغم همه‌ی مشکلات، نظریه‌ی ریسمان به نظر قابل اعتماد است. دانشمندان سال‌ها تلاش می‌کردند که گرانش را با دیگر بخش‌های فیزیک یگانه کنند. ما نظریه‌هایی داشتیم که الکترومغناطیس و دیگر نیروها را خیلی خوب توصیف می‌کرد ولی گرانش را نمی‌توانستند با آن‌ها یگانه کنند. نظریه‌ی ریسمان می‌تواند کاری کند که این کار انجام شود. مشکل واقعی این است که نظریه‌ی همه‌چیز ممکن است به سادگی قابل شناسایی نباشد.

نظریه‌ی M

وقتی در دهه‌ی ۱۹۸۰، نظریه‌ی ریسمان حسابی معروف شد، پنج نسخه‌ي متفاوت از آن بوجود آمد. نگرانی این بود که چگونه ممکن است برای رسیدن به نظریه‌ی همه‌چیز، پنج نسخه‌ی مختلف وجود داشته باشد. در طول یک دهه‌ی بعد، فیزیک‌دان‌ها فهمیدند که این نظریه‌ها می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. آن‌ها راه‌های مختلف نگریستن به یک پدیده‌ی واحد بودند.

نتیجه‌ی نهایی، نظریه‌ی M بود که در سال ۱۹۹۵ مطرح شد. این نسخه‌ای ژرف نگرانه‌تر از نظریه‌ی ریسمان بود و از همه‌ی نسخه‌های قبلی کمک می‌گرفت. نظریه‌ی M هم به یازده بعد احتیاج دارد که به هر حال بهتر از ۲۶ بعد است.

ولی نظریه‌ی M هم فقط یک تک نظریه نیست. نظریه‌ی M خود از ۱۰ به توان ۵۰۰ نظریه‌ی دیگر تشکیل شده است. همه‌ی آن‌ها منطقی هستند و می‌توانند توصیف‌کننده‌ی عالم باشند. بعضی از فیزیک‌دان‌ها می‌گویند که این قضیه می‌تواند بیانگر واقعیت جالبی باشد. ساده‌ترین نتیجه‌ای که می‌توان از آن گرفت این است که عالم ما فقط یکی از چندین و چند عالم موجود است. هرکدام از آن‌ها را می‌توان با یکی از تریلیون‌ها نسخه‌ی نظریه‌ی M توصیف کرد. به این مجموعه‌ی عظیم از جهان‌ها، «جهان چندگانه» (Multiverse) می‌گوییم.

نظریه‌ی M می‌تواند به این معنی باشد که عالم ما فقط یکی از عوالم موجود است.

نظریه‌ی M می‌تواند به این معنی باشد که عالم ما فقط یکی از عوالم موجود است.

وقتی زمان شروع شد، عالم چند‌گانه مثل یک کف پر از حباب به نظر می‌رسید که حباب‌های آن اندکی در شکل و اندازه با هم تفاوت داشتند. در نهایت هرکدام از حباب‌ها منبسط شدند و دنیاهایی را ساختند. ما فقط در یکی از این حباب‌ها هستیم. وقتی که حباب‌ها منبسط می‌شوند، حباب‌های دیگر می‌توانند در آن‌ها رشد کنند. این باعث می‌شود که جغرافیای کیهان بسیار پیچیده شود.

در هرکدام از جهان‌های حبابی، قوانین فیزیکی یکسانی حاکم است. به همین دلیل است که همه چیز در جهان ما به صورت یکسان رفتار می‌کند. ولی قوانین در جهان‌های دیگر متفاوت هستند. آن‌ها بر جهان ما و نه همه‌ی جهان‌ها حکمرانی می‌کنند. این باعث می‌شود که به نتیجه‌گیری عجیبی برسیم. اگر نظریه‌ی ریسمان بهترین راه برای ترکیب کردن نسبیت عام و مکانیک کوانتم باشد، بنابراین ترکیب آن‌ها هم نظریه‌ی همه‌چیز هست و هم نظریه‌ی همه‌چیز نیست.

از یک سو، نظریه‌ي ریسمان می‌تواند توصیف کاملی از کیهان به ما بدهد. ولی همچنین می‌تواند به این ایده که تریلیون‌ها جهان وجود دارد و هرکدام از آن‌ها یگانه هستند، بینجامد. بزرگترین تغییر این است که ما انتظار نداریم یک نظریه‌ی همه‌چیز یگانه وجود داشته باشد. نظریه‌های ممکن زیادی وجود دارد که تقریبا به همه‌ی آن‌ها می‌توان فکر کرد.

برچسب‌ها :
دیدگاه شما

۲۵ دیدگاه
  1. حسین بختیاری حسین بختیاری

    بسیاااار عالی و جذاب بود.
    مدیریت محترم دیجیکالا مگ، یه زمانی اینجا پاتوق این جور مقاله ها بود..هر روز میومدیم عکس روز ناسا میدیدمو دانلود میکردیم..پادکست درباره فضا میخوندیم… موشن های علمی میدیدیم که البته بعدن منبعشو یافتم و از وقتی شما قطع کردید میرم از سایت ویدیو ال دان میکنم..اما سوالم اینجاست.. چرا این همه پسرفت؟ یه زمانی ما میومدیم درباره کارافرینی تسلا میخوندیمو انرژی میگرفتیم..الان اینجا شده خبر درباره باتری ایفون که در اپدیت دید به مشکل میخوره!!! اصلن نمیتونم باور کنم که چرا. به قول دوستان : #چی_بودیم_چی_شدیم !!!

  2. محمدجواد محمدجواد

    فوق العاده بود.
    واقعن همونطور که هاوکینگ میگه: بشریت در حال اندیشیدن به خودش هست.

  3. علوي علوي

    بسيار عالي بود و به نظر كامل ……

  4. سارا زمانی سارا زمانی

    خیلی مطلب خوبی بود واقعا ممنون من از این نوع مطالب در وبسایتم زیاد می گذارم ممنون برای وبسایت خوبتان.

  5. khosro khosro

    ممنون.عالی بود.ولی البته انگار ما اول ر اه هستیم… ممنون.

  6. مهدی مهدی

    آیا علم می‌تواند پاسخگوی همه‌چیز باشد؟ خیر نمیتونه،به قول استاد دینانی مگر میشود از یک انفجار بزرگ (big bang)چنین نظمی در زمین و کهکشان ها به وجود آورد؟همه چیز در کنار هم با نظم و زیبایی بینهایت. شما ۲۰۰تا بمب اتمی منفجر کنی از دلش نظمی به این شکل و شکوه در میاد متاسفانه علم فقط هرچه قابل حس شدنه رو میپزیره و خداوند و خالق جهان فراموش شده افسوس

    1. صادق صادق

      به نظرم اتفاقا نظریه انفجار بزرگ نظم دقیق بین قوانین عالم رو نشان میده و یکی از دلایل عظمت خالق است.

    2. Mordecai Mordecai

      نظم خاصی در جهان وجود ندارد و مفاهیم “نظم” و “زیبایی” و امثالهم در مغز ما، ناشی از محیطی است که در آن اجداد ما و گذشتگانشان (تا اجداد مشترکمان با Ape های بزرگ و قبل تر با میمون ها)فرگشت یافته اند.

      مغز ما دچار برداشت های اشتباه و biased زیادی هست نسبت به محیط که ناشی از شیوه ی کار آن و محیطی است که در آن فرگشت یافته تا به ما انسان های مدرن رسیده و دچار پیشفرض های اشتباه زیادی هست که باعث تداخل در برداشت صحیح از جهان اطراف میشن به طور روزمره (از اشتباه های دیداری/شنوایی/بوییای/حسی تا پیشفرض هایی که منجر به درک غلط یا پردازش اشتباه میشوند).

      به همین دلایل امروزه به “روش علمی مدرن” (Modern Scientific Method) که بنیان های آن، خِرد جمعی، تلاش برای یافتن نقیضه، و تلاش در حذف bias ها و نتیجه های دلخواه است، اتکا میکنیم.

      1. سید محمد سید محمد

        نظم خاصی در جهان وجود ندار؟!!! پس علم هم بیهوده است شما چطور یک جهان نا منظم رو می تونید بشناسید. جهانی که هیچ اصولی نداره و معلوم نیست که چه عاقبتی پیدا کنه. ماه و خورشید همه بر روی حساب می‌چرخند.
        اگر یک انسان اشتباه کند بقیه انسان ها به صورت جمعی هم اشتباه نخواهند کرد. تا هنگامی که انسان دید ماد‌یگرا به دنیا داشته باشد و فقط به فرضیه آزمون آن برای شناخت دنیا قانع باشد وضع همین است. جهان بینی علمی محدود است. نمی‌تواند کل جهان را به انسان بشناساند. همه دانشمندان از پیش‌فرض‌های متافیزیکی حتی در نظریات علمی خود استفاده می‌کنند. جهان‌بینی توحیدی می‌تواند تکیه گاه یک مکتب و ایدئولوژی باشد.

      2. امیر امیر

        اینطور که شما میگین حرفای خودتونم برداشت اشتباهه

  7. مهدی مهدی

    سلام
    ممنونم، مطلب جذابی بود!
    البته اگه نگیم “در عالم *فقط* چهار نیروی بنیادین وجود دارد” شاید منطقی تر باشه؛ حداقل تا به حال فقط این 4 نیرو کشف شده.
    +لفظ “علم” یه مفهوم بسیار عمیق تر از science میباشد که اگه از اون غفلت بشه قطعا باعث غفلت از حقایق بزرگی میشه.
    + اگه میخوایم نظریه ی “همه چیز” رو پیدا کنیم، قطعا فیزیک “همه چیز” نیست…!!

  8. آریا... آریا...

    سلام

    بسیار زیبا و جالب …
    کیف کردم…

    موفق باشید.

  9. مهدی مهدی

    چه جمع بندی بدی داشتید!

  10. ARMAN ARMAN

    واقعا مختصر و مفید بود. ممنون از زحماتتون

  11. pouya pouya

    این نوع مقاله هاتون بهترین مطالب دیجی‌مگ هستن. واقعا ممنونم 🙂

  12. امیر کمیلی امیر کمیلی

    سلام جناب مهدی مومن زاده.
    به معنای واقعی لذت بردم و کلی یاد گرفتم.
    یک دنیا تشکر، تشکر و دوباره تشکر.
    از برادر “مهندس” که اولین نظر دادن و اشتباه یابی کردن هم بسیار ممنونم.
    واقعا مقاله بی نظیری بود.
    مرسی

    پ.ن: برای سایت عالی ئی مثل دیجی کالا، خیلی بده از وردپرسی استفاده کنه که مشکلات عدیده داره. من خیلی وقت ها مقالات شما رو باز میکنم، باز نمیشن و با ارور مواجه میشم. همین الان هم که این نظر نوشتم و بار اول ارسال کردم، یک صفحه اومد و نوشته بود دوباره برگردم صفحه قبل و دوباره امتحان کنم و در انتها هم نوشته بود وردپرس. برای سایت به این خوبی، به نظرم جالب نیست اسم وردپرس در اون جولان بده.

  13. امید امید

    جناب مهدی مومن زاده واقعا خسته نباشید دست مریزاد
    به عنوان یک خواننده اماتور بسیار استفاده کردم ….

  14. Abc Abc

    با سلام، ايكاش توى متن ذكر ميكردين كه عدم قطعيت يك “اصل” هستش، و بايد به صورت پايه در نظر گرفته بشه، ولي انيشتين اصل رو قبول نداشت و روى نظريه ي خودش تاكيد ميكردو اون عبارت معروف تاس انداختن…

    ضمن اينكه براى مولتي‌ورس واژه‌ى “جهان‌سار” پيشنهاد شده كه هم خوش آهنگه هم گويا، اگر باب ميلتونه ميتونين ازين واژه هم استفاده كنين.

    در نهايت ممنون از وقت و حوصله و دقتتون كه اين مقاله رو نوشتين

  15. سورنا سورنا

    عالی بود و کامل.
    حالا فهمیدم کار دکتر لئونارد هافستدر دقیقا چیه!

    1. رویال رویال

      عالی بود.
      کاش طی مقالاتی، تک تک نظریات رو جداگانه و مفصل تر بررسی کنید.
      مرسی.

  16. حسین حسین

    بابا ایول با این مقالتون! عالیه همینطور ادامه بدید من که خیلی لذت بردم!

  17. علی علی

    فوق العاده بود.بسیار ممنون بابت مقالات علمی و زیباتون.

  18. مهندس مهندس

    درود بر شما
    در بخش امید به نسبیت عام اینشتین ، پاراگراف پنجم ، خط چهارم عنوان شده نوترون دارای بار منفی می باشد!
    نوترون از نظر الکتریکی ذره ای خنثی است (بار الکتریکی ندارد) و فقط جرم دارد.الکترون منفی و پروتون مثبت است.
    همچنین نوترون از یک کوارک بالا و دو کوارک پایین ساخته شده است.

    لطفا انقلابی کرده! و اصلاحش فرمایید.!

    1. ممنونم از دقت شما، اصلاح شد

      1. مهندس مهندس

        خواهش می کنم.
        ضمنا در مورد (عدم قطعیت) اگر نیاز بود می تونم کمک کنم.