ویدئو
متن
سرشت راستین جهان چیست؟
برای پاسخ به این سوال
انسان‌ها داستان‌هایی را برای توصیف جهان سر داده‌اند
ما داستان‌هایمان را آزمایش می‌کنیم و یاد می‌گیریم کدام را نگهداشته و کدام را دور بریزیم
هر چه بیشتر یاد می‌گیریم
داستان‌هایمان پیچیده‌تر و عجیب‌تر می‌شود
بعضی از آن‌ها به قدری پیچیده‌اند
که جداً سخت است بدانیم درمورد چه هستند
مانند نظریه ریسمان
یک داستان مشهور، بحث‌برانگیز و اغلب فهم‌نشده
در مورد سرشت هرچیز
ما چرا به آن دست یافتیم و آیا صحیح است؟
یا ایده‌ایست که می‌بایست فقط بررسی شود؟
برای فهم سرشت راستین واقعیت
به چیزها بادقت نگاه کردیم و شگفت‌زده شدیم
مناظر حیرت‌انگیز در غبار
باغ‌وحش‌های موجودات عجیب و غریب
روبات‌های پروتئینی پیچیده
همه تشکیل‌شده از ساختار‌های مولکولی
که خود از بیشمار چیزهای کوچکتر ساخته شده:
اتم‌ها
گمان کردیم که اتم‌ها آخرین سطح واقعیت‌اند
تا زمانی که آن‌ها را سخت درهم کوبیدیم
و چیزهایی کشف کردیم که نمی‌توانست دیگر تقسیم شود
ذرات بنیادین
ولی الآن دچار مشکلی شدیم:
آن‌ها به قدری کوچک‌اند که قابل مشاهده نیستند
فکر کن: مشاهده چیست؟
برای دیدن چیزی ما به نور نیاز داریم، یک موج الکترومغناطیس
این موج به سطح شیء اصابت می‌کند
و به چشمان شما بازمی‌گردد
موج اطلاعاتِ شیء را حمل می‌کند
تا مغز شما با استفاده از آن تصویری بسازد
پس بدونِ تعامل با چیزی شما نمی‌توانید آن را ببینید
مشاهده، لمس‌کردن است، یک کنشِ فعال نه منفعل
مشکلی با بیشترِ چیزها نیست
ولی ذرات بنیادین بسیار بسیار بسیار کوچکند
به قدری کوچک که امواج الکترومغناطیسی که با آن‌ها مشاهده می‌کنیم
برای لمسشان بسیار بزرگ‌اند
نور قابل مشاهده تنها از کنارشان عبور می‌کند
ما می‌توانیم این مشکل را با تلاش برای ساخت امواج الکترومغناطیس رفع کنیم
با بسیار طول موج‌های کوچکتر
ولی طول موج‌های بیشتر یعنی انرژی بیشتر
پس، وقتی ذره‌ای را با طول موجی که بسیار پرانرژی است لمس می‌کنیم
آن را تغییر می‌دهد
با نگاه کردن به ذره ما آن را تغییر می‌دهیم
پس نمی‌توانیم ذرات بنیادین را به طور دقیق اندازه بگیریم
این حقیقت آنقدر مهم است که برای خود نامی دارد:
اصل عدم قطعیت هایزنبرگ
پایه تمام فیزیک کوانتوم
پس یک ذره چه شکلی است؟
سرشتش چیست؟
نمی‌دانیم
اگر خوب نگاه کنیم
می‌توانیم یک قلمروی نفوذ غیر شفاف ببینیم
ولی نه خود ذرات را
فقط می‌دانیم وجود دارند
ولی اگر مسئله اینست،
چگونه می‌توانیم هرگونه کار علمی با آن انجام دهیم؟
ما کاری که انسان‌ها انجام می‌دهند را کردیم و داستان جدیدی را ابداع نمودیم
یک قصه ریاضی
داستان ذره‌ی نقطه‌ای
تصمیم گرفتیم که تظاهر کنیم یک ذره نقطه‌ای در فضاست
هر الکترون نقطه‌ای است با بار الکتریکی مشخص و جرم معین
همه غیر قابل تمایز از هم
به این گونه فیزیک‌دان‌ها آن‌ها را تعریف می‌کنند
و تمام برهمکنش‌هایشان را محاسبه می‌کنند
این نظریه میدان کوانتوم نامیده می‌شود و بسیاری از مسائل را حل کرده است
تمام مدل‌های استاندارد فیزیک ذرات براساس آن ایجاد شده است
و چیزهای بسیاری را به خوبی پیش‌بینی می‌کند
برای مثال بعضی خصوصیات کوانتومیِ الکترون
آزمایش‌شده‌اند و دقتشان تا این حد بالا رفته:
0.
0.00
0.0000
0.000000
0.00000000
0.0000000000
0.0000000000000
0.000000000002 %
پس، در حالی که ذرات در حقیقت نقاط نیستند
با تصور آنکه اگر به آن صورت بودند،
شمای نسبتاً خوبی از جهان به دست می‌آوریم
نه تنها این ایده علم را پیشرفت داد
بلکه به بسیاری از تکنولوژی‌های که هرروز استفاده می‌کنیم هم منجر شد
ولی یک مسئله‌ی مهم:
جاذبه
در مکانیک کوانتومی، تمام نیروهای فیزیکی با ذرات خاصی حمل می‌شود
ولی طبق نظریه نسبیت عام اینشتین
جاذبه نیرویی مانند سایر نیروها در جهان نیست
اگر جهان یک نمایش است
ذرات بازیگرانش هستند
ولی جاذبه صحنه است
به بیان ساده‌تر، جاذبه یک نظریه هندسی است
هندسه‌ی خودِ فضا-زمان
از فاصله‌هایی که باید با دقت مطلق توصیف شوند
از آنجایی که هیچ راهی برای اندازه‌گیری دقیق چیزها در دنیای کوانتوم وجود ندارد
داستان جاذبه‌ی ما با داستان فیزیک کوانتوم همخوانی ندارد
وقتی فیزیک‌دان‌ها تلاش کردند تا جاذبه را با اختراع یک ذره جدید به داستان اضافه کنند
محاسباتشان فروپاشید
و این یک مشکل بزرگ است
اگر می‌توانستیم جاذبه را فیزیک کوانتوم و مدل استاندارد پیوند دهیم
آنوقت نظریه‌ی همه چیز را می‌داشتیم
پس، انسان‌های خیلی باهوش داستان جدیدی را سر هم کردند
آن‌ها پرسیدند: چه چیز از یک نقطه پیچیده‌تر است؟
یک خط
یک خط یا یک ریسمان
نظریه ریسمان متولد شد
چیزی که نظریه ریسمان را بسیار باشکوه می‌کند
این است که ذرات بنیادی بسیار زیادی را
به عنوان حالات مختلفِ لرزش‌هایِ ریسمان توصیف می‌کند
درست مثلِ اینکه لرزش‌های مختلف سیمِ ویولون نُت‌های مختلفی ایجاد می‌کند
یک رشته می‌تواند ذرات مختفی ایجاد کند
مهمتر از همه جاذبه را هم دربر می‌گیرد
نظریه ریسمان وعده داده که تمام نیروهای اساسی عالَم را یکی کند
که منجر به شور و هیجان فراوانی شد
نظریه ریسمان به سرعت تبدیل شد به نظریه‌ی همه چیزِ محتمل
متأسفانه به نظریه ریسمان ریسمان‌های زیادی چسبیده (اصطلاح انگلیسی به معنی محدود کردن)
بیشترِ ریاضیاتی که یک نظریه ریسمان یکنواخت را شامل می‌شود
در جهان ما با سه بعد فضایی و یک بعد زمانی‌اش همخوان نیست
نظریه ریسمان به 10 بُعد نیاز دارد تا عمل کند
پس، دانشمندانِ نظریه‌ریسمانی محاسباتشان را در جهان‌های مدل انجام دادند
و سپس سعی کردند از شرّ 6 بُعد اضافی راحت شوند و جهان خودمان را توصیف کنند
ولی تا حالا که هیچکس موفق نشده
و هیچ پیش‌بینی از نظریه ریسمان در یک آزمایش محقق نشده است
پس، نظریه ریسمان سرشت جهان ما را برملا نکرد
هرکس می‌تواند مدعی شود بر این اساس نظریه‌ی ریسمان اصلاً مفید نیست
علم تماماً درباره‌ی آزمایش‌ها و پیش‌بینی‌هاست
اگر نتوانیم اینها را انجام دهیم
چرا با ریسمان‌ها خودمان را اذیت کنیم؟
همه‌اش درباره این است که چطور از آن استفاده کنیم
اساس فیزیک ریاضیات است
دو با دو می‌شود چهار
این صحیح است بدون توجه به اینکه چه احساسی درباره آن دارید
و ریاضیات در نظریه ریسمان عمل می‌کند
برای همین است که نظریه ریسمان همچنان مفید است
تصور کن که می‌خواستی یک کشتی کروز بسازی
ولی تنها نقشه‌هایی برای یک قایق کوچک داشتی
تفاوت‌های زیادی است:
موتور
مواد
مقیاس
ولی هر دوچیز اساساً یک چیزاند:
چیزهایی که شناور می‌شوند
پس با مطالعه نقشه‌های قایق
ممکن است نهایتاً چیزی در موردِ اینکه چطور یک کشتیِ کروز بسازی یاد می‌گیری
با نظریه ریسمان
می‌توانیم به سوالاتی درباره جاذبه کوانتومی پاسخ دهیم
که دهه‌ها برای فیزیک‌دان‌ها سردرگم‌کننده بوده است
مانند اینکه چطور سیاهچاله‌ها کار می‌کنند
یا پارادوکس اطلاعات
نظریه ریسمان ممکن است ما را به جهت صحیح هدایت کند
با این جهتگیری
نظریه ریسمان به ابزار ارزشمندی برای فیزیک‌دان‌های نظری تبدیل می‌شود
و به آن‌ها کمک می‌کند جنبه‌های جدیدی جهانِ کوانتوم را کشف کنند
و مقداری ریاضیاتِ زیبا
پس شاید داستانِ نظریهِ ریسمان
نظریه‌ی همه‌چیز نیست
ولی درست مانند داستان ذره‌ی نقطه‌ای
ممکن است داستانِ بسیار مفیدی باشد
ما هنوز نمی‌دانیم سرشت راستینِ واقعیت چیست
ولی به داستان‌سرایی‌ها ادامه خواهیم داد تا تلاش کنیم و بفهمیم.
تا روزی که
تا روزی که امید داریم
تا روزی که امید داریم آن را بدانیم
موسسه دانش ملی سوییس این ویدئو را پشتیبانی کرده است
و با توصیه‌های علمی Alessandro Sfondrini محقق شده است