ترجمه: حسين نجفى زاده

يك نظريه خوب يا يك ايده خوب اگر درست باشد، همواره وسيع تر و غنى تر از آن چيزى است كه حتى بنيانگذار آن ايده ممكن است در زمان خويش تصور كند. درباره يك نظريه دقيقاً براساس اين نوع پيشرفت ها قضاوت مى شود، هنگامى كه هر لحظه واقعيت هاى بيشتر و بيشترى به دامن آن مى افتند، حتى اگر در ابتدا قابل پيش بينى نباشد كه اين همه بار دهد. ژاك لوسين مونو (J.monod) ( ۱۹۱۰_۱۹۷۶)

با چنین نگرشی به نظریه های علمی رایج بخوبی مشخص می شود که نظریه های تکامل داروین، مکانیک کوانتوم و نسبیت را می توان به عنوان نظریه های بسیار خوب و موفق علمی دانست. هر سه نظریه های یاد شده توسط طرفدارانشان سیر تکاملی خوبی را را پشت سر گذاشتند

به برداشت ژاك لوسين مونو، آنچه همواره كاملاً ديده نشده آن است كه در واقع نظريه انتخابى تكامل، از آنچه خود داروين مى دانست يا دريافته بود، محتواى پيش بينانه غنى ترى دارد. منظور از «محتواى غنى تر» آن است كه وقتى نظريه تكامل انتخابى تدوين شده، آن طور كه داروين در سال ۱۸۵۹ اين كار را كرد، بايد پيامد هاى خاصى به دنبال داشته باشد، حتى اگر واضع آن نظريه یعنی مورد داروين، اين پيامد ها را نديده باشد (كه در روزگار او به سختى امكان داشت). اين پيامد ها گاهى از خود نظريه انتخابى يا حتى خود زيست شناسى نيز فراتر مى روند.

يكى از قابل توجه ترين مثال ها مباحثه مشهور ميان لردكلوين و داروين است، مباحثه اى كه داروين گمان مى كرد در آن شكست خورده است. داروين به خوبى از اين واقعيت آگاه بود كه اگر قرار است نظريه اش پذيرفتنى باشد لازم است گستره پهناورى از زمان در اختيار تكامل باشد تا موجودات زنده پديد آيند و او از صدها ميليون سال سخن مى گفت، البته بدون آنكه قادر باشد به هيچ رقم دقيقى اشاره كند.
كلوين هم که يكى از بزرگ ترين فيزيكدانان زمان خويش، بزرگ ترين ترموديناميك دان در تمام ادوار، و هم مردى عميقاًً مذهبى بود (كه احتمالاً بر موضع گيرى او بى تاثير نبوده است)، با محاسباتش ثابت كرد كه عمر منظومه شمسى نمى تواند از حدود ۲۵ ميليون سال تجاوز كند. اين مقدار به وضوح براى داروين كافى نبود و او را واداشت كه تقريباً از ساير تفسيرهای تكامل عقب نشينى كند. كلوين اگرچه بسيار مذهبى بود اما يكى از دانشمندان بزرگ قرن نوزدهم انگلستان بود و به عنوان مدلى از انرژى خورشيد يك تل هيزم را در نظر داشت.

او هيچ گزينه ديگرى نداشت و با محاسبه اتلاف انرژى از يك تل ذغال به اندازه خورشيد، توانست نتيجه بگيرد كه غيرممكن است كه فرض كنيم خورشيد مى تواند بيش از بيست و پنج ميليون سال عمر كند كه تازه براى يك توده زغال برآورد نسبتاً خوبى است. البته اكنون مى دانيم كه او اشتباه مى كرد و انرژى خورشيد از انرژى هسته اى حاصل مى شود، در واقع از گداخت هسته اى، چنانكه مى توان گفت كه كشف انرژى هسته اى، يا گداخت، يا در حقيقت كشف معادله مشهور اينشتين كه ماده را به انرژى مربوط مى كند، تلويحاً در نظريه انتخابى تكامل داروين گنجانده شده بود. خارق العاده است اما واقعيت دارد.
پيشرفت ژنتيك مولكولى يا زيست شناسى مولكولى، در واقع نظريه تكامل را فوق العاده پربار ساخته و بسيارى از نكات نهفته در آن را آشكار كرده است. زيست شناسى مولكولى در مفهوم تكامل، انقلابى پديد نياورده، بلكه در عوض آن را هم دقيق تر و هم محكم تر ساخته است. در توصيف هايش نظريه اى محكم تر است، از اين نظر كه حرف هاى بيشترى براى گفتن دارد و به اين ترتيب نسبت به معيار ابطال پذيرى پوپر خيلى حساس تر مى شود.

داروین دانشمندى با شيوه اى نو در تبيين زيست شناسى سر برآورد و يك نسل بعد دانشمند ديگرى به نام آلبرت اینشتین با شيوه اى نو در تبيين فيزيك سر برآورد.

تا پيش از اينشتين تمام نظريه هاى فيزيكى آزموده شده و تاييد شده، «قانون» ناميده مى شد: قوانين سه گانه نيوتن در حركت، قوانين گرانش و قوانين ترموديناميك و... هنگامى كه اينشتين از راه رسيد نشان داد كه نيوتن ناقص است. اشتباه نه، بلكه ناقص زيرا فقط زيرمجموعه اى از واقعيت را توصيف مى كند. اينشتين نشان داد كه براى تبيين اين واقعيت درك عميق ترى لازم است. در اين لحظه فيزيكدانان دست از «قانون» ناميدن چيزها برداشتند. در قرن بيستم هيچ «قانونى» در فيزيك وضع نشد. نظريه كوانتوم داريم، نظريه نسبيت و... كافى است نگاهى به كتاب ها بيندازيد تا ببينيد كه همه از اصطلاح «نظريه» استفاده مى كنند. اين به معناى رسيدن به يك شناخت است كه كسى كه بعد از شما مى آيد ممكن است به دركى عميق تر از پديده دست يابد. اما «عميق تر» به اين معنا نيست كه كار شما ديگر اعتبار ندارد بلكه صرفاً يعنى آنكه گستره وسيع ترى از شناخت در انتظار شما است كه آنچه شما مى دانيد در دل آن جاى مى گيرد. مانند نمودار كلاسيك و قديمى ون است: جهان نيوتن اينجا است در يك دايره و اكنون جهان اينشتين در دايره اى بزرگتر كه نيوتن را در برمى گيرد و هنگامى كه معادلات اينشتين را در گرانش و سرعت پايين در نظر بگيريد فرقى با معادلات نيوتن ندارد. در اين شرايط همه آن معادلات فرو كاسته شده و به شكل معادلات نيوتن درمى آيند. از آنجا كه معادلات نيوتن جواب مى دهند، در شرايطى كه ثابت شده درست هستند، ناگهان از كار نمى افتند. به عبارت ديگر به خاكستر ننشسته اند بلكه هنوز صحيح و سالم آنجا هستند. به همين خاطر اكنون مى دانيم كه نسبيت عام ناقص است چرا كه با مكانيك كوانتوم پيوند نخورده است. آنها ازدواج نكرده اند و با هم صحبت نمى كنند. ما اكنون هم اين را مى دانيم. از اين رو برآنيم كه هنوز دايره بزرگترى نيز هست كه مكانيك كوانتوم و نسبيت عام را دربر خواهد گرفت و اين چيزى است كه متخصصان نظريه ریسمانها در پى آنند. همين است كه به آنها انگيزه مى دهد و از روى هوس نيست

بعد از تكميل نسبيت عام، اينشتين به اين مسئله پرداخت كه معادله هايى كه نوشته چه چيزى براى كل جهان يا كيهان پيش بينى مى كنند. فرض هايى بسيار معقول و كلى براى كل كيهان كرد. مثلاً اينكه كيهان در مقياس هاى بزرگ نه مركز مرجحى دارد نه امتداد. مرجحى معادله ها را حل كرد و در كمال تعجب ديد كه حل ايستا ندارند: يا جهان در حال بزرگ شدن است يا در حال كوچك شدن، در گذشته اى متناهى از يك نقطه آغاز شده و ممكن است در آينده اى متناهى به يك نقطه بينجامد! از اين حل خوشش نيامد. دستى در معادله هايش برد. جمله اى به آنها افزود. در اين جمله ثابتى ظاهر مى شود كه آن را ثابت كيهان شناختى نامگذارى كرد. اگر اين ثابت كه آن را با لاندا نشان مى دهند، صفر باشد، معادله ها مى شوند همان معادله هاى قبلى اگر لاندا مثبت باشد، جلوى انبساط عالم گرفته مى شود و اگر لاندا منفى باشد، جهان به نحو فزاينده اى منبسط مى شود. چند سال بعد ادوين هابل منجم آمريكايى انبساط جهان را كشف كرد! پس از آن اينشتين گفت اين افزودن جمله كيهان شناختى به معادله هايش بزرگ ترين اشتباه زندگى اش بوده. امروز يك نظريه بسيار موفق براى كيهان شناخت داريم موسوم به مدل استاندارد كيهان شناخت. و يكى از سنگ هاى اصلى اين بناى بسيار عظيم و زيبا نسبيت عام است

هميشه وقتى سخن از اينشتين به ميان مى آيد، ذهن ها متوجه نظريه نسبيت و پيامدهاى انقلابى آن در فيزيك مى شود. اما كمتر كسى اين نكته را به خاطر مى آورد كه اينشتين همانطور كه در اولين انقلاب علمى قرن بيستم يعنى نظريه نسبيت سهيم بود، در انقلاب ديگر يعنى فيزيك كوانتومى نيز نقش بسزايى داشت. حتى جايزه نوبل هم به خاطر مقاله «اثر فوتوالكتريك» كه تاييدى بر كوانتومى بودن نور بود، به او اهدا شد. اما بازى سرنوشت آنگونه شكل گرفت كه يكى از بزرگترين حاميان مكانيك كوانتومى، منتقد تراز اول آن نيز باشد. واكنش اينشتين نسبت به مكانيك كوانتومى و مباحثات او با فيزيكدانان بانى نظريه كوانتوم به ويژه نيلز بور. هدف توصيفی است كه در تاريخ كوانتوم اتفاق افتاده است.
اگر عنی سازی یک نظریه را توسط دیگران، و نه بانی آن نظریه نشان خوبی آن نظریه بگیریم، مکانیک کوانتوم دارای چنین ویژگی ممتازی است.

هرچند ماکس پلانک بنیان گذار مکانیک کوانتوم است، اما فيزيكدانان بسیاری نظیر نيلز بور، ورنر هايزنبرگ، اروين شرودينگر و... آلبرت اينشتين از جمله فيزيكدانانی هستند که در تکمیل مکانیک کوانتوم نقش شایان توجهی ایفا کردند. ماكس بورن يك فرمول بندى آمارى از مكانيك كوانتومى منتشر كرد و هايزنبرگ هم اصل عدم قطعيت (uncertainty principle) خود را مطرح كرد. نيلز بور نيز براساس اين دستاوردها تعبير معرفت شناختى خود را از مكانيك كوانتومى پيشنهاد كرد كه در ضمن آن ايده مكمليت (complementarity) را نيز معرفى مى كرد. همه اين موارد دلايلى كافى بودند كه اينشتين با بور و هايزنبرگ به بحث بنشيند.
اينشتين به هيچ وجه نمى توانست زير بار يك چنين تعبيرى برود. او فيزيكدانى بود كه همواره به دنبال كشف طبيعت بود و يك چنين نظريه اى با اين نتايج عجيب و غيرشهودى او را راضى نمى كرد. اينشتين به رئاليسم اعتقاد داشت و نمى توانست بپذيرد كه مشاهده كننده واقعيت يك پديده فيزيكى را تعيين مى كند. او معتقد بود كه فيزيكدان ها به ايده آليسمى از نوع باركلى روى آورده اند كه آنها را سرمست كرده است و از هدف اصلى علم و همچنين فيزيك دور شده اند. به همين دليل بود كه به شدت در مقابل نظريات بور و هايزنبرگ موضع گيرى كرد. هايزنبرگ در خاطرات خود مى نويسد: « اينشتين آزمايش فكرى جديدى كه گمان مى كرد اصل عدم قطعيت را رد مى كند، مطرح مى كرد. پس از بحث هاى بسيار در طول روز، بور به اينشتين ثابت مى كرد كه آن آزمايش هم نمى تواند اصل عدم قطعيت را خدشه دار كند. اينشتين كمى ناراحت مى شد، اما بزودی با يك آزمايش فكرى ديگر كه پيچيده تر از آزمايش قبلى بود، از راه مى رسيد. سرانجام پاول اهرنفست فيزيكدان هلندى كه دوست اينشتين بود گفت: من به جاى تو خجالت مى كشم، استدلال هاى تو در برابر مكانيك كوانتومى شبيه استدلال هايى است كه مخالفانت در برابر نظريه نسبيت مى آورند.» اينشتين با اين آزمايش هاى فكرى مى خواست وجود ناسازگارى در مكانيك كوانتومى را نشان دهد تا بتواند آن را رد كند، اما موفق نشد. او هميشه مى گفت نمى تواند قبول كند كه خدا شير يا خط بازى مى كند. او معتقد بود اگر خدا مى خواست تاس بازى كند اين كار را به طور كامل انجام مى داد و در آن صورت ما ديگر مجبور نبوديم به دنبال قوانين طبيعت بگرديم، چرا كه ديگر قانونى نمى توانست وجود داشته باشد. جواب بور به تمامى اين جملات نغز اين بود كه: ما هم وظيفه نداريم براى خدا در اداره كردن جهان تعيين تكليف كنيم. به اين ترتيب بور می توانست از سازگارى منطقى تعبير كپنهاگى دفاع كند. و سرانجام اينشتين ناقص بودن مكانيك كوانتومى را نشان دهد. اما ناقص بودن یک نظریه را نمی توان دلیل خوب نبودن آن دانست، کما اینکه نسبیت و مکانیک کلاسیک نیز ناقص هستند.

منابع:

http://www.sharghnewspaper.com

http://mrm.persianblog.com

http://cph-theory.persiangig.com

هیگز بوزون

Higgs Boson

ذرات چگونه جرم کسب می کنند؟

چکیده

در دهه های اخیر فیزیکدانان یک مدل تحت عنوان مدل استاندارد ارائه کردند تا یک چوب بست نظری برای فهم ذرات بنیادی و نیروهای طبیعت فراهم آورند. مهمترین ذره در این مدل، یک ذره ی فرضی موجود در همه ی میدانهای کوانتومی است که نشان می دهد سایر ذرات چگونه جرم به دست می آورند. این میدان، میدان هیگز

Higgs field

خوانده می شود. نتیجه ی منطقی دوگانگی موج - ذره این است که همه ی میدانهای کوانتومی دارای یک ذره ی بنیادی باشند که با میدان در آمیخته است. این ذره که با همه ی میدانها در آمیخته و موجب کسب جرم توسط سایر ذرات می شود، هگز بوزون

Higgs boson

نامیده می شود

رابطه ی جرم - انرژی و میدانها

رابطه ی جرم - انرژی آنچنان که اینشتین در نسبیت ارائه کرده است، جرم یک ذره/جسم تابع سرعت آن است بطوریکه

شواهد تجربی این رابطه را تایید می کند. الکترون را در یک میدان مغناطیسی شتاب می دهند تا سرعت آن افزایش یابد. سپس جرم و سرعت آن را اندازه می گیرند. نمودار زیر نتیجه ی این آزمایش است

با افزایش سرعت الکترون در یک میدان مغناطیسی، جرم آن نیز افزایش می یابد

سئوال این است که از نظر فیزیکی، چگونه بطور نظری می توان این فرایند را توضیح داد؟ با کاهش سرعت الکترون، جرم آن نیز کاهش می یابد. بنابراین هر نظریه ای که به توضیح این پدیده بپردازد، الزاماً بایستی شامل همه ی پدیده هایی گردد که مشمول تغییر سرعت می شوند. شتاب گرفتن یک ذره ی باردار در یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی، سقوط اجسام در یک میدان گرانشی...همه را باید توضیح دهد و این کاری است که نظریه سی. پی. اچ. انجام داده است. لازم به ذکر است که اولین بار پیتر هیگز بحث ذرات هگز بوزون را مطرح کرد و صورت تکامل یافته ی آن نظریه ی سی. پی. اچ. است. بنابر نظریه هگز، همه میدان ها شامل ذراتی هستند که موجب کسب جرم توسط ذرات می شود. از نقطه نظر هیگر، هیگز بوزون هیچ انرژی ای ندارد، اما در نظریه سی. پی. اچ. این ذرات دارای جرم، سرعت و لختی دورانی و در نتیجه دارای انرژی هستد

هگز بوزون

Higgs Boson

چگونه ذرات جرم پیدا می کنند؟

می دانیم همه ذرات تشکیل دهنده ی ماده، الکترون. پروتون و نوترون دارای جرم هستند. اما ما نمی دانیم که چگونه این ذرات دارای جرم می شوند. چرا این ذرات دارای جرم هستند؟

ما نمی توانیم ادعا کنیم که اجزاء سازنده ی ماده را می شناسیم، بدون آنکه جواب رضایت بخشی برای این سئوال داشته باشیم

پتر هگز

Peter Higg

مدلی دارد که بخوبی نشان می دهد چگونه جرم این ذرات بصورتی پیچیده و تصاعدی ایجاد می شود. وی با یک ذره شروع کرد که تنها جرم دارد، همچنین بار، که می توان آن را از خلاء تمیز داد

ما می توانیم آنرا

بنامیم که با سایر ذرات دارای کنش است. برای مثال اگر

نزدیک یک الکترون باشد، در آنجا یک نیرو بین آن دو هست و

مربوط به کلاس ذراتی است که بوزون نامیده می شوند. جدول 1

Name	Spin	Electric charge	Mass	Observed?
Graviton	2	0	0	Not yet
Photon	1	0	0	Yes
Gluon	1	0	0	Indirectly
W⁺	1	+1	80 GeV	Yes
W^-	1	-1	80 GeV	Yes
Z⁰	1	0	91 GeV	Yes
Higgs	0	0	> 78 GeV	Not yet

جدول یک

در مکانیک کوانتوم آفرینش و واپاشی ذرات بنیادی با استفاده از روابط ریاضی توضیح داده می شود و در شتاب دهنده ها نیز مشاهده می شوند

در این آزمایشها ذرات با ویژگی های نقطه ای خود در میدانها ایجاد می شوند و در فضا-زمان پخش می گردند

Peter Higgs

هیگز در دهه ی 1960 متوجه شد که اگر پارامتری در معادلات میدان را با ذره ی

در آمیزد، بدین طریق برای کمترین انرژی میدان( فضای تهی) یک میدان غیر صفر خواهیم داشت

این بسیار جالب است که میدان در خلاء غیر صفر است. اما نتیجه ی آن چنین شد که تمام ذراتی که می توانند با

کنش داشته باشند، می توانند جرم کسب کنند

همچنین روابط ریاضی موجود نحوه ی کسب جرم توسط تمام ذراتی را که با

در کنش هستند، بیان می کند

یک تصویر که با ریاضی هماهنگی دارد نشان می دهد که فضای تهی، شامل یک ذره ی

است و خودش انرژی ندارد

ذرات دیگر در کنش با این ذره ی بدون انرژی، از

zero-energy H particles

جرم کسب می کنند

جرم ( یا لختی یا مقاومت در مقابل تغییر حرکت) یک ذره، از ذرات هیگز به دست می آید

آزمایش های زیر نمونه ای است از تلاش مراکز تحقیقاتی برای شناخت و توضیح هیگز بوزون

در آزمایشگاه فرمی اندازه گیری های جدید در مورد جرم تاپ کوارک به نتایج تقریبی در باره ی جرم

Higgs boson

رسیدند

تحقیقات برای آشکار سازی هیگز
ذرات پروتون و پادپروتون توسط آهنربايي بسيار قوي به صورت باريكه هایي شتاب مي گيرند و با هم برخورد مي كنند. در اين فرايند، علاوه بر ذراتي كه آنها را مي شناسيم، ممكن است ذرات جديدي توليد شود كه براساس نظريات موجود انتظارشان را داشته ايم. البته در مراحل بعدي مي توانيم خواص اين ذرات، جرم يا بار الكتريكي آنها را اندازه گيري كنيم

انرژي به وجود آمده از اين عمل مي تواند باعث توليد مواد جديد و ذرات بنيادي باشد كه يا ما آنها را مي شناسيم و از وجودشان آگاه هستيم و يا مي توانيم به دنبال ذرات جديدي باشيم كه شايد وجود داشته باشند. زیرا نظريه هاي مختلف موجود احتمال وجود ذرات بنيادي مختلف را نشان مي دهند. اين ذرات را مي توان با تصادم اين دو ذره پروتون و نوترون به وجود آورد و تلاش كرد تا آنها را كشف، جرمشان را اندازه گيري و اگر داراي بار مغناطيسي باشند آنها را نيز اندازه گيري كرد

شتابگر

L.H.C

، كه بزرگترين شتابگر دنيا محسوب مي شود در مركز تحقيقات هسته اي اروپا، در حال ساخت است. هدف از ساخت اين شتابگر عظيم، كشف يك ذره بنيادي به نام "هيگز" است كه فيزيكدانان ذرات بنيادي آن را پيشگويي كردند. تمامي ذرات بنيادي ديگر، از جمله كوارك ها، از اين ذره به وجود آمده است

براي كشف اين ذره بايد شرايطي نظير ابتداي آفرينش عالم در آزمايشگاه به وجود آورد. درواقع در اين شتابگر پروتونها به حدي شتاب مي گيرند، كه انرژي كافي براي فراهم آوردن اين شرايط را به دست آورند. سپس در محل آشكارسازي به نام سي.ام.اس

C.M.S

با يكديگر برخورد مي كنند و مي شكنند تا ذره "هيگز" به وجود آيد

ايران در سرن

ايران در ژوئن 2001 رسما به عضويت اين پروژه درآمد و از همان زمان در ساخت تجهيزات آشكار سازها مشاركت كرد. در چارچوب قرارداد همكاري، ايران مشاركت در آزمايش سي.ام.اس را پذيرفت.بر اين اساس، ايران مسئوليت ساخت ميز بسيار بزرگي را كه قرار است آشكارسازها بر آن نصب شوند را پذيرفت

چرا نطریه سی. پی. اچ. مطرح شد؟

اگر همواره مانند گذشته بينديشيد، هميشه همان چيزهايي را به‌دست مي‌آوريد كه تا بحال كسب كرده‌ايد

فاینمن

چکیده

سالهای متمادی است که بحث تئوری همه چیز در فیزیک مطرح شده است. منظور از این تئوری چیست؟ یک تئوری برای همه چیز به چه سئوالاتی باید پاسخ دهد؟

اعتقاد عمومی برای به دست آوردن یک نظریه برای همه چیز بر ترکیب دو نظریه مکانیک کوانتومی و نسبیت استوار است. کاری که در دهه های اخیر وقت و انرژی بسیاری از فیزیکدانان صرف آن شد، اما هنوز به نتیجه ی رضایت بخشی نرسیده است. هرچند بسیاری از فیزیکدانان امید زیادی به نظریه ابر ریسمانها دارند، اما چند دستگی این نظریه شک و تردید را نسبت به نتیجه بخش بودن آن افزایش می دهد. مطرح شدن نظریه ام نشان می دهد که هیچکدام از این نظریه ها نتوانسته پاسخگوی مشکلات موجود در نظریه های مختلف ریسمانها باشد..سئوال این است که یک نظریه برای همه چیز واقعاً چسیت و چه کاری را باید انجام دهد؟

بهترین جوابی که می توان به این سئوال داد این است که یک نظریه برای همه چیز، نظریه ای است که همه ی نظریه های موجود و مورد قبول را پوشش دهد و هر یک از آنها را به عنوان حالتی خاص نتیجه دهد. براین اساس نظریه سی. پی. اچ. تلاش کرد هر چهار نظریه مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتوم، نسبیت و نظریه میدان های هیگز را همزمان مورد بررسی قرار داده و آنها را با هم ترکیب کند. این نظریه باید مشکلات چهار نظریه فوق را بر طرف سازد

مشكلات قوانين نيوتن

هنگاميكه نيوتن قوانين حركت و قانون جهانی جاذبه را ارائه کرد، اين قوانين از نظر منطقي با اشكالات جدی همراه بود. قانون دوم نيوتن تا سرعتهای نامتناهي را پيشگویی مي کرد که با تجربه سازگار نیست. قانون دوم به صورت

F=ma

ارائه شده است كه طبق آن نيروي وارد شده به جسم مي تواند تا بي نهايت سرعت آن را افزايش دهد. اين امر با مشاهدات تجربي قابل تطبيق نيست. مشكل بعدی كنش از راه دور بود. يعني اثر نيروی جاذبه با سرعت نامتناهي منتقل مي شد. تاثير از راه دور همواره مورد انتقاد قرار داشت.

اما مهمترين مشكل قوانين نيوتن در قانون جهاني جاذبه وی بود و خود نيوتن نيز متوجه آن شده بود. نيوتن دريافت كه بر اثر قانون جاذبه او، ستارگان بايد يكديگر را جذب كنند و بنابراين اصلاً به نظر نمي رسد كه ساكن باشند. نيوتن در سال 1692 طي نامه ای به ريچارد بنتلي نوشت "كه اكر تعداد ستارگان جهان بينهايت نباشد، و اين ستارگان در ناحيه ای از فضا پراكنده باشند، همگی به يكديگر برخورد خواهند کرد. اما اكر تعداد نامحدودی ستاره در فضای بيكران به طور كمابش يكسان پراكنده باشند، نقطه مركزی در كار نخواهد بود تا همه بسوی آن كشيده شوند و بنابراين جهان در هم نخواهد ريخت.

مشكل بعدی قانون جاذبه نيوتن اين است كه طبق اين قانون یک جسم به طور نامحدود می تواند ساير اجسام را جذب کرده و رشد کند، يعني جرم یک جسم مي تواند تا بينهايت افزايش يابد. اين نيز با تجربه تطبيق نمي كند، زيرا وجود جسمي با جرم بينهايت مشاهده نشده است

مشکل مکانیک کوانتوم

نگاه مکانیک کوانتوم به هستی بگونه ای است که کمیتها را بصورت گسسته در نظر می گیرد. از نتایج مکانیک کوانتوم بحث دوگانگی موج - ذره است. کسانی که به مکانیک کوانتوم عادت کرده اند بخوبی می دانند که برای بررسی ساختار زیر اتمی راهی بجز مدل سازی ریاضی نداریم. بنابراین مجبور هستیم که در آنجا مدل های ریاضی ارائه دهیم. اشکال این مدلها در این است که از شهودی بودن پدیده ها می کاهند. با این وجود انجمن فیزیک آمریکا همراه با انجمن فلسفه آمریکا، مکانیک کوانتوم را بزرگترین دست آورد علمی بشریت در طول تاریخ خواند

اما این نظریه ابهامات زیادی ایجاد می کند و چون بطور گسترده از مدل سازی ریاضی استفاده می کند، بشدت از شهودی بودن آن می کاهد. احتمالاً بزرگترین مانع ترکیب مکانیک کوانتوم و نسبیت و اتحاد نیروها، همین غیرشهودی بودن مکانیک کوانتوم است که مدل های ریاضی ارائه شده با واقعیت فیزیکی پدیده ها سازگار نیست

مشکلات نسبیت

یک- مشکل نسبیت با مکانیک کوانتوم- مکانیک کوانتوم ساختار ریز و کوانتومی کمیت ها و رابطه ی متقابل آنها را مورد بررسی قرار می دهد. به عبارت دیگر نگرش مکانیک کوانتوم بر مبنای کوانتومی شکل گرفته است. اما نسبیت فضا-زمان را پیوسته در نظر می گیرد. بنابراین نسبیت با مکانیک کوانتوم ناسازگار است. تلاشهای زیادی انجام شده تا به طریقی یک هماهنگی منطقی و قابل قبول بین نسبیت و مکانیک کوانتوم ایحاد شود. در این مورد کارهای دیراک شایان توجه است که مکانیک کوانتوم نسبیتی را پایه گذاری کرد و آن را توسعه داد. اما در مورد نسبیت عام موفقیت چندانی نصیب فیزیکدانان نشده است

دو - پیچیدگی و عدم وجود تفاهم در نسبیت- پیچیدگی نسبیت موجب شده که تفاهم منطقی بین فیزیکدانان در مورد نتایج و پیشگویی های نسبیت وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر نسبیت شدیداً قابل تفسیر است. این تفاسیرگاهی چنان متناقض هستند البته این براداشتهای متفاوت از نسبیت ناشی از گذشت زمان نیست، بلکه از آغاز حتی برای خود اینشتین وجود داشت. به عنوان مثال: اینشتین از سال 1917 شروع به تدوین یک نظریه قابل تعمیم به عالم کرد. وی با مشکلات حل نشدنی ریاضی برخورد کرد. به همین دلیل در معادلات گرانش عبارت مشهور " پارامتر عالم " را وارد کرد. ملاحظات وی در این موضوع بر دو فرضیه مبتنی بود.

الف - ماده دارای چگالی متوسطی در فضاست که در همه جا ثابت و مخالف صفر است.

ب - بزرگی " شعاع " فضا به زمان بستگی ندارد.

در سال 1922 فریدمان نشان داد که اگر از فرضیه دوم چشم پوشی شود، می توان فرضیه اول را حفظ کرد بی آنکه در معادلات به پارامتر عالم نیازی باشد. فریدمان بر این اساس یک معادله ی دیفرانسیل به صورت زیر ارائه کرد:

(dR/dt)² - C/R+K=0

در واقع سالها قبل از کشف هابل در مورد انبساط فضا، فریدمان دقیقاً کشفیات او را پیش بینی کرده بود. معادله ی فریدمان معادله ی اصلی کیهان شناخت نیوتنی است و بدون تغییر در نظریه نسبیت عام نیز صادق است. اینشتین بر همه نتایج به دست آمده توسط فریدمان اعتراض کرد و مقاله ای نیز در این باب انتشار داد. سپس حقایق را در فرضیه فریدمان دید و با شجاعت کم نظیری طی نامه ای که برای سردبیر مجله آلمانی فرستاد به اشتباه خود در محاسباتش اعتراف کرد.

بیشتر مشکلات نسبیت ناشی از خواصی است که که به علت وجود ماده برای فضا قایل می شوند. که در آن هندسه جای فیزیک را می گیرد. زمانی پوانکاره گفته بود که اگر مشاهدات ما نشان دهد که فضا نااقلیدسی است، فیزیکدانان می توانند فضای اقلیدسی را قبول کرده و نیروهای جدیدی وارد نظریه های خود کنند. اما نسبیت چنین نکرد و ماهیت پدیده های فیزیکی را به دست فراموشی سپرد. هرچند پدیده های فیزیکی را بدون ابزار محاسباتی، اعم از جبری و هندسی نمی توان توجیه کرد، اما فیزیک نه هندسه است و نه جبر، فیزیک، فیزیک است وبس

سه - مشکل گرانش نیوتنی در نسبیت همچنان باقی است- در نسبیت فضا-زمان دارای انحناست. هرچه ماده بیشتر و چگالتر باشد، انحنای فضا بیشتر است. سئوال این است که این انحنای فضا تا کجا می انجامد؟ در نسبیت فضا می تواند چنان تابیده شود که حجم به صفر برسد. برای آنکه ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد که حجم به صفر برسد، باید جرم به سمت بی نهایت میل کند. یعنی نسبیت نتوانست مشکل قانون گرانش را در مورد تراکم ماده در فضا حل کند، علاوه بر آن بر مشکل افزود. زیرا قانون نیوتن می پذیرد که ماده تا بی نهایت می تواند متمرکز شود، اما حجم صفر با آن سازگار نیست. اما نسبیت علاوه بر آن که می پذیرد ماده می تواند تا بی نهایت متراکم شود، پیشگویی می کند که حجم آن نیز به صفر می رسد.

مشکل هیگز

یک تصویر که با ریاضی هماهنگی دارد نشان می دهد که فضای تهی، شامل یک ذره ی هیگز است و خودش انرژی ندارد

ذرات دیگر در کنش با این ذره ی بدون انرژی، از آن جرم کسب می کنند.

مشکل هیگز در این است که دارای انرژی نیست

لزوم یک نگرش جدید

اگر رابطه ی نیرو و انرژی را با دید متفاوتی مورد بحث قرار دهیم، می توانیم به نتایج جالب توجهی برسیم. نیرو به عنوان انرژی در واحد طول مطرح می شود که برای آن رابطه ی زیر داده شده است

F=-dU/dx => dU= - Fdx

در رابطه ی بالا انرزِی و فاصله تغییر می کنند، اما نیرو ثابت است. اگر نیرو یعنی

یک کمیت ثابت و تغییر ناپذیر است، چگونه می توان هیگز بوزون را توجیه کرد؟ یعنی واقعاً توجیه کاهش یا افزایش جرم چگونه امکان پذیر است؟ متاسفانه این دیدگاه از مکانیک کلاسیک به نسبیت تسری یافت و هیچگونه بحثی در این زمینه مطرح نشد. اگر بخواهیم با همان نگرش کلاسیکی در مورد نیرو مشکلات فیزیک و ناسازگاری نسبیت و مکانیک کوانتوم را بر طرف سازیم، راه به جایی نخواهیم برد، همچنانکه تا به حال این چنین بوده است

اشکال بعدی که مانع رسیدن به یک نتیجه ی قابل توجه می شود این است فیزیکدانان به مشکلات به گونه ای پراکنده برخورد می کنند. تحقیقات روی هیگز بوزون مسیر خود را می پیماید، مکانیک کوانتوم می خواهد مشکلات فیزیک را در چاچوب قوانین کوانتومی حل کند، و مهمتر از همه اینکه مکانیک کلاسیک تقریباً به فراموشی سپرده شده است. همه اینها هر کدام نگرشی خاص به جهان دارند و عمومیت ندارند. در حالیکه طبیعت یگانه است و قانون نیز بایستی از یک وحدت برخوردار باشد که هست. ترکیب مکانیک کوانتوم و نسبیت زمانی امکان پذیر است که نگرش هیگز بوزون همراه با مکانیک کلاسیک نیز در این ترکیب منظور گردد

برخورد دوگانه با پدیده ها

در مورد قضیه کار انرژی

W=dE

برخوردی دوگانه وجود دارد. قسمت کار آن را با مکانیک کلاسیک مد نظر قرار می دهند و کار را کمیتی پیوسته در نظر می گیرند، در حالیکه با انرژی برخوردی کوانتومی دارند. در واقع بایستی هر دو طرف رابطه را با دید کوانتومی در نظر گرفت. در این مورد مثالهای زیادی می توان ارائه داد که با این برخورد دوگانه در تناقض قرار خواهد گرفت. اگر این مورد را بکار بندیم مشکل ارتباط فرمیونها و بوزونها بر طرف خواهد شد

اگر بپذیریم که کار کوانتومی است، الزاماً به این نتیجه خواهیم رسید که نیرو بطور کلی و از جمله گرانش نیز کوانتومی است. مفهوم صریح و در عین حال ساده آن این است که فضا - زمان کوانتومی است. با نگرش کوانتومی به گرانش یا به تعبیر نسبیت فضا - زمان، مکانیک کوانتوم و نسبیت با یکدیگر ترکیب خواهند شد. چنین نگرشی می تواند به یک نظریه برای همه چیز منتهی شود. نظریه ای که تحت عنوان نظریه سی. پی. اچ. مطرح شده است. در نظریه سی. پی. اچ. نیرو و انرژی قابل تبدیل به یکدیگر هستند. همچنین با توجه به نسبیت که در آن جرم و انرژی هم ارزند، بنابر این، نیرو، انرژی و جرم هم ارز می باشند. و می توان نتیجه گرفت که نیرو، انرژی و جرم سه جلوه (ظاهر) متفاوت از یک ذره واحد و بنیادی هستد که آن را سی. پی. اچ. می نامیم

مفهوم سی. پی. اچ

سی. پی. اچ. حروف اول سه کلمه ی

Creation Particle Higgs, CPH

است

C , Creation

به معنی آفرینش (تولید) بوجود آوردن

P, particles

ذرات

H , Higgs

هیگز نشان می دهد که ذرات چگونه جرم کسب می کنند

سی. پی. اچ. زیر کوانتوم هستی در طبیعت است که سایر کوانتومها، اعم از فرمیونها، بوزونها و حتی کوانتومهای انرژی از تعدادی سی. پی. اچ. تشکیل می شوند

مشکلات نسبیت

الف - ماده دارای چگالی متوسطی در فضاست که در همه جا ثابت و مخالف صفر است.

ب - بزرگی " شعاع " فضا به زمان بستگی ندارد.

(dR/dt)2 - C/R+K=0

(dR/dt)² - C/R+K=0