English

Contact us

نظر دهید

تماس با ما

فارسی

Welcome to CPH Theory Siteبه سایت نظریه سی پی اچ خوش آمدید

 

 

نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.

اخبار

آرشیو مقالات

 

سی پی اچ در ژورنالها

   

 

 نگاهى به تلاش هاى اينشتين براى وحدت نيروها

 

 

 


 

وقتى آلبرت اينشتين در اوايل دهه ۱۹۲۰ تلاش هايى را براى ارائه يك نظريه وحدت بخش در فيزيك آغاز كرد، اوضاع خيلى اميدواركننده بود. نظريه هاى موجود- يعنى نسبيت و مكانيك كوآنتومى نوظهور- همانقدر پرسش تازه مطرح مى كردند كه به آنها جواب مى دادند و به همين خاطر بيشتر فيزيكدان ها نياز به يك چارچوب نظرى بزرگتر را احساس مى كردند. اولين ايده ها در اين راه به چهره هايى مثل هرمان ويل، آرتور استنلى ادينگتون و تئودور كالوتزا مربوط بود كه هر چند تلاش هايشان نيروها را متحد نكرد اما باعث شد نظريه پردازان با مفاهيم مفيدى مثل تقارن پيمانه اى و ابعاد اضافه آشنا شوند.

اينشتين سه سال بعد از ارائه و انتشار مجموعه اى از نظريه هاى وحدت بخش تنها مانده بود. بقيه دانشمندان رهيافت او را به بن بست رسيده مى ديدند، اظهارنظرى كه ميزان پيشرفت اين شاخه از فيزيك بعد از مرگ او در ۱۹۵۵ نيز آن را تاييد مى كند. در حالى كه اينشتين مى خواست نظريه وحدت بخش را روى نسبيت عام بنا كند، اتفاقات بعدى نشان داد كه مكانيك كوآنتومى بهترين نقطه شروع اين راه است.

اواخر سال ۱۹۴۹ بود كه اينشتين فرمول بندى نظريه وحدت بخش اش را منتشر كرد و دبيران مجله ساينتيفيك آمريكن بلافاصله از او خواستند تا يك نسخه عامه فهم تر از آن را هم تهيه كند. اين مقاله كه در شماره آوريل ۱۹۵۰ مجله به چاپ رسيد، دو تا مانده به آخرين مقاله اى بود كه او درباره يك موضوع علمى و به زبان ساده نوشت. اصل مطلب را اينشتين به صورت يك دست نويس شتابزده و بد خط به زبان آلمانى به مجله داد و چيزى كه منتشر شد يك ترجمه تقريباً ويرايش نشده بود: متنى خشك و فنى كه خواندنش اصلاً راحت و خوشايند نيست و هيچ اثرى از آزمايش هاى فكرى درخشان اينشتين- قطارها، پرتوهاى نور، آسانسورها- كه نوشته هاى قبلى اش را جذاب و ساده فهم مى كرد در آن ديده نمى شود. توضيحات و توصيفاتش از جزئيات اين نظريه وحدت بخش هم آنقدر گنگ و مبهم است كه كسى تقريباً چيزى از آن نمى فهمد. دنيس فلاناگان، سردبير آن موقع مجله يادآورى مى كند كه: مقاله از آن چيزهايى كه معمولاً چاپ مى كرديم، بسيار دشوارتر و پيچيده تر بود و بنابراين چندين تغيير ويرايشى را به دكتر اينشتين پيشنهاد كرديم. اما او احساس مى كرد كه متن بايد بدون تغيير چاپ شود.

مقاله به خوانش چندين باره نياز دارد، به ويژه اگر خواننده به چشم مطلبى درباره فلسفه علم به آن نگاه كند تا علم. مجرد و انتزاعى بودن مقاله هر چند مانعى تقريباً غيرقابل عبور براى خواننده عادى به حساب مى آيد، در واقع يكى از مهم ترين جنبه هاى آن است كه از جابه جايى و تغيير اهداف كار اينشتين حكايت مى كند: علاقه تحقيقاتى اصلى او ديگر تلاش براى توضيح پديده هاى مشاهده شده در طبيعت نبود. نظريه نسبيت عام گرانش را توضيح مى داد و معادلات ماكسول هم از پس ديگر نيروى مهم طبيعت يعنى الكترومغناطيس برمى آمد. اينشتين حالا ديگر تلاش مى كرد كه اين دو نظريه را با يكديگر پيوند دهد.

به اين ترتيب اين ساختار محض و انتزاعى اين نظريه ها بود كه برايش اهميت داشت. اينشتين در قسمتى از اين مقاله مى گويد: نياز به نظريه هاى تازه در درجه اول آنجا مطرح مى شود كه پديده هاى جديد را نتوان با نظريه هاى موجود توضيح داد اما اين انگيزه براى ساخت و ارائه نظريه هاى جديد بيش از حد بديهى است. انگيزه ديگرى هم هست كه اهميتى لااقل برابر دارد و آن حركت به سوى يكپارچگى و ساده سازى كل نظريه است.

فيزيكدانان تا آن موقع ميوه هاى نزديك به زمين را چيده بودند (كارى كه نتيجه اش قوانين براى توصيف تجربيات مستقيم بشر در رابطه با طبيعت بود) و بنابراين گام بعدى همين طور كه اينشتين مى گويد، خواه ناخواه دشوارتر مى شد: يكى از مزيت هاى مهم هر نظريه اى اين است كه مفاهيم اصلى و اصول بنيادى اش به تجربه نزديك باشد. خطر اينكه چنين نظريه اى به كلى پرت و اشتباه از آب درآيد، كمتر است؛ مخصوصاً به اين دليل كه رد كردن يا نقض آن در هر مرحله اى به وسيله آزمايش، زمان و كوشش بسيار كمترى مى طلبد. با اين حال هر چه دانش ما عميق تر مى شود بايد اين مزيت را به نفع سادگى منطقى و يكپارچگى اصول يك نظريه فيزيكى كنار بگذاريم.

اين نكته ها حتى امروز هم وارد هستند. افراد زيادى شكايت مى كنند كه نظريه ريسمان آنقدر از حيطه تجربه به دور افتاده است كه ديگر نمى توان آن را علم خواند. اما در واقع هر نظريه اى كه ارزش بنيادى ناميدن را داشته باشد، لااقل در ابتدا دور از دسترس به نظر مى آيد. ديگر كسى نمى تواند چند مشاهده و آزمايش انجام بدهد و با رعايت مجموعه اى از قوانين يك توضيح برسد. بايد ايده اى به ذهن تان برسد، آن را جلو ببريد و بسط بدهيد و تازه آن موقع بفهميد كه چطور بايد به طريق تجربى امتحانش كرد. از اين ديدگاه علم هم نوعى هنر است. اينشتين مى نويسد: ايده نظرى جدا و مستقل از تجربه به ذهن نمى آيد و البته با يك فرآيند كاملاً منطقى هم نمى شود از تجربه استخراجش كرد. چنين ايده اى حاصل يك عمل خلاقانه است.

در نظريه هاى اينشتين جرقه خلاقانه، ايده تقارن بود. يك جسم متقارن حتى تحت مجموعه اى از تبديل ها (انعكاس، چرخش، جابه جايى) يكسان باقى مى ماند. از نظر رياضى يك تبديل مثل اين است كه معادله مربوطه را در يك نرم افزار تايپ بنويسيد و بعد عمليات جست وجو و جايگزينى را در آن انجام دهيد. اگر معادله داراى نوع خاصى از تقارن باشد، عمليات جست وجو و جايگزينى هيچ اثرى روى آن نمى گذارد.

مثال ساده اش معادل هذلولى است: xy=1  اگر در اين معادله به جاى x، y  و به جاى y،x  بگذاريم معادله تغييرى نمى كند.

اين توصيف روش مجردى است براى گفتن اينكه دو بازوى هذلولى، تصوير آينه اى يكديگر هستند. هدف اينشتين، رسيدن به معادلاتى بود كه تا حد ممكن تحت تاثير عمليات متعدد جست وجو و جايگزينى، يكسان باقى بمانند. ايده اصلى اين است كه هرچه معادلات متقارن تر باشند، پديده هاى بيشترى را در خود جاى مى دهند.

مثلاً در مورد نسبيت خاص مى توان هر نمونه اى از x،y ، z و t مختصاتى كه فضا- زمان را مشخص مى كند) را تابع رياضى خاصى از x، y، z و t جايگزين كرد و به همين دليل هم به آن نسبيت خاص مى گويند اين تقارن فضا را با زمان يكپارچه مى كند و براى محاسبه فاصله ميان دو نقطه ديگر نمى توان از رابطه فيثاغورثى معمول كه شامل x، y و z  و است، استفاده كرد. حالا به يك نسخه چهار بعدى از اين رابطه نياز داريم كه t  را هم دربرگيرد. نسبيت عام دامنه عمليات جست وجو و جايگزينى هاى ممكن را گسترش مى دهد. يعنى به جاى يك تابع خاص از x، y، z و t  تقريباً هر تابعى از اين مولفه ها مجاز است براى اينكه معادلات فيزيك يكسان باقى بمانند، يك نيرو را بايد وارد بازى كرد و اين نيرو چيزى نيست جز گرانش. در اين شرايط فاصله ميان دو نقطه با قانونى به مراتب پيچيده تر از رابطه فيثاغورث- به نام متريك- محاسبه مى شود. متريك فضا را مى توان يك ماتريس عددى ۴*۴ نمايش داد.

يكسان بودن فاصله A تا B و B تا A ايجاب مى كند كه اين ماتريس حول قطر اصلى اش متقارن باشد و به اين ترتيب ماتريس با ۱۰ عدد غيرتكرارى مشخص مى شود. استدلال اينشتين اين بود كه چرا بايدداستان همين جا خاتمه پيدا كند؟ چرا هر ماتريسى- نه فقط متقارن ها- را مجاز ندانيم؟ كافى است به ماتريس متقارن (با ۱۰ عدد غيرتكرارى) يك ماتريس پادمتقارن (با شش عدد غيرتكرارى) اضافه شود. اتفاقاً معادلات ماكسول را مى توان با يك ماتريس پاد متقارن نوشت و بنابراين طبيعى است كه اميدوار باشيم اين رهيافت، گرانش و الكترومغناطيس را يكپارچه كند.

اما متاسفانه همه چيز هاى طبيعى الزاماً درست از آب درنمى آيند. اينشتين در تلاش براى هماهنگى دو ماتريس به مشكل برخورد. مشكلى كه برخلاف تصورش گذر او موضعى نبود و در يك ناهمگونى عميق ريشه داشت. برخلاف شباهت هاى بيرونى گرانش و الكترومغناطيس بررسى ها نشان داد كه اين دو اساساً متفاوتند. غير از اين در طول سه دهه اى كه اينشتين نظريه وحدت بخش را رواج مى داد، محققان نيروهاى جديدى پيدا كردند كه در اين چارچوب نمى گنجيد: نيروهاى هسته اى ضعيف و قوى.

الكترومغناطيس بيشتر از آنكه به گرانش نزديك باشد، به اين نيروها شباهت دارد هر چند كه غريزه هاى اينشتين درباره تقارن درست بود، اما او داشت اين ابزارهاى كارآمد را بر ورودى هاى نامناسب اعمال مى كرد. وى در بخشى از مقاله مورد نظر نوشته است: هيچ دليلى نمى بينم كه فرض كنم ساختار نسبيت عام تنها به گرانش محدود باشد و با بقيه فيزيك جداگانه و به طريقى ديگر برخورد شود. كوچكى نسبى چيزى كه امروز به عنوان اثرات گرانشى مى شناسيم، دليل قانع كننده اى براى ناديده گرفتن نسبيت عام در بررسى هاى نظرى بنياد فيزيك نيست.

به عبارت ديگر به اعتقاد من پرسيدن اين سئوال كه فيزيك بدون گرانش چه شكلى مى شد؟ اصلاً قابل توجيه نيست.
اما تاريخ عكس اين ماجرا را ثابت كرد. مكانيك كوآنتومى بدون نياز به گرانش از پس توضيح الكترومغناطيس، نيروهاى هسته اى و ساختار ماده با دقتى چشمگير برمى آيد. گرانش در واقع آن تكه اى از فيزيك بود كه يكپارچه كردنش با بقيه دشوارتر از همه از آب درآمد و فيزيكدان ها همچنان با آن دست و پنجه نرم مى كنند. اكنون گرانش نيز مثل اينشتين در سال هاى آخر عمرش تنها مانده است.

 


Scientific American,Sep.2004
 

نقل از آینده نگری

 

ترجمه: احسان لطفى


 

 

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

آخرین مقالات


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LEIBNITZ'S MONADS & JAVADI'S CPH

General Science Journal

World Science Database

Hadronic Journal

National Research Council Canada

Journal of Nuclear and Particle Physics

Scientific Journal of Pure and Applied Science

Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آرشیو موضوعی

اختر فیزیک

اجتماعی

الکترومغناطیس

بوزونها

ترمودینامیک

ذرات زیر اتمی

زندگی نامه ها

کامپیوتر و اینترنت

فیزیک عمومی

فیزیک کلاسیک

فلسفه فیزیک

مکانیک کوانتوم

فناوری نانو

نسبیت

ریسمانها

سی پی اچ

 فیزیک از آغاز تا امروز

زندگی نامه

از آغاز کودکی به پدیده های فیزیکی و قوانین حاکم بر جهان هستی کنجکاو بودم. از همان زمان دو کمیت زمان و انرژی بیش از همه برایم مبهم بود. می خواستم بدانم ماهیت زمان چیست و ماهیت انرژی چیست؟


 

 

free hit counters

Copyright 2013 CPH Theory

Last modified 12/22/2013