انصافاٌ هاوکینگ در توضیح مطالب پیچیده و بغرنج فیزیک به زبان ساده مهارت خاصی دارد. بهمین دلیل آثار عمومی ایشان از استقبال چشم گیری برخوردار است. علاوه بر آن نام هاوکینگ به دلیل در دو کار جالب در مورد سیاه چاله ها جاودان خواهد شد. یکی تکینگی و دیگری تبخیر سیاه چاله ها. این دو مورد زمینه ی یک بحث فراگیر جهانی را بین فیزیکدانان فراهم کرد. هرچند به اعتراف خود هاوکینگ در کتاب تاریچه زمان از فیزیکدانان روسی الهام گرفته بود، اما این هاوکینگ بود که با محاسبات و معادلات ریاضی توانست توجه فیزیکدانان را به آن جلب کند.

این نوشته نقدی است بر مقالات پایان فیزیک که در سایت هوپا منتشر شد و مجموع آنها در اینجا و بطور یکجا فرهم شده است. در این نوشته برخی نکات مهم نوشته هاوکینگ مورد بحث قرار می گیرد.

هاوکینگ:

ذرات مادي رو كه همگي مي‌شناسيم. پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم و الكترون‌ها كه به دور هسته مي‌چرخند. ذرات مادي اتم رو به‌نام كلي فرميون‌‌ها مي‌شناسيم. فرميون‌ها يك سيستم پيام‌رساني دارند كه بين آن ذرات رد و بدل شده و به راه‌هاي معيني موجب ايجاد تاثير و در نتيجه تغييراتي در آن‌ها مي‌شود. اين سرويس‌ها را نيرو مي‌ناميم. ذراتي وجود دارد كه اين پيام‌ها را بين فرميون‌ها و در برخي موارد حتي بين خود رد و بدل مي‌كنند. اين ذرات پيام‌رسان به‌طور مشخص بوزون ناميده مي‌شوند. پس هر ذره‌اي كه در جهان وجود دارد يا فرميون هست يا بوزون
 

نظریه سی. پی. اچ. :

 همه ی ذرات اعم از فرمیونها و بوزونها از ذرات واحدی تشکیل شده اند که آن سی. پی. اچ. یا:

CPH, Creation Particle Higgs

می نامیم. سی. پی. اچ. ها روی یکدیگر اثر دارند و این اثر بصورت تولید اسپین برای آنها نمودار می شود. سی. پی. اچ. ها پس از آنکه دارای اسپین شدند، با یکدیگر ادغام شده و کوانتومهای انرژی را به وجود می آورند. این کوانتومهای انرژی در فراینهای فیزیکی به زوج های ماده و پاد ماده تبدیل می شوند. در واقع بوزونها و فرمیونها از ذرات واحدی تشکیل می شوند که سی. پی. اچ. نامیده می شود. اگر ما دیدگاه خود را از مورد نیرو و انرژی تغییر دهیم و این دو را هم ارز بدانیم (که در حقیقت هم ارز هم هستند) آنگاه می توانیم دلیل تاثیر بوزنها بر فرمیونها و همچنین تاثیر بوزونها را بر یکدیگر توضیح دهیم.

هاوکینگ:

گفتيم كه سرويس‌هاي پيام‌رسان 4گانه نيرو ناميده مي‌شوند. يكي از اين نيروها گرانش هست. نيروي گرانش را كه ما را روي زمين نگه مي‌دارد، مي‌توانيم مثل پيامي در نظر بگيريم. حامل اين پيام نوعي بوزون هست كه گراويتون ناميده مي‌شود. گراويتون‌ها حامل پيامي بين ذرات اتم‌هاي بدن ما و ذرات اتم‌هاي زمين هستند و به ذرات مذكور مي‌گويند كه به‌هم نزديك شوند. 
 

نظریه سی. پی. اچ. :

 هنگامیکه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود.

هاوکینگ:

نظريه‌ها 

نظريه نسبيت عام اينشتين نظريه‌اي در باره جرم‌هاي آسماني بزرگ مثل ستارگان، سيارات و كهكشان‌هاست كه براي توضيح گرانش در اين سطوح بسيار خوب است

مكانيك كوانتومي نظريه‌اي است كه نيروهاي طبيعت را مانند پيام‌هايي مي‌داند كه بين فرميون‌ها (ذرات ماده) رد و بدل مي‌شوند. اين نظريه اصل نااميدكننده‌اي را نيز كه اصل عدم قطعيت نام دارد در بر مي‌گيرد. بنابر اين اصل هيچ‌گاه ما نمي‌توانيم همزمان مكان و سرعت (تندي و جهت حركت) يك ذره را با دقت بدانيم. با وجود اين مسئله مكانيك كوانتومي در توضيح اشياء، در سطوح بسيار ريز خيلي موفق بوده بوده است. 

يك راه براي تركيب اين دو نظريه بزرگ قرن بيستم در يك نظريه واحد آن است كه گرانش را همانطور كه در مورد نيروهاي ديگر با موفقيت به آن عمل مي‌كنيم، مانند پيام ذرات در نظر بگيريم. يك راه ديگر بازنگري نظريه نسبيت عام اينشتين در پرتو نظريه عدم قطعيت است. 

اما اگر نيروي گرانش را مانند پيام بين ذرات در نظر بگيريم، با مشكلاتي مواجه مي‌شويم. قبلاْ ديديم كه شما مي‌توانيد نيرويي را كه شما را روي زمين نگه مي‌دارد، مثل تبادل گراويتون‌ها(همان پيام‌رسان‌هاي گرانش) بين ذرات بدن خود و ذراتي كه كره زمين را تشكيل مي‌دهند، در نظر بگيريد. در اينصورت نيروي گرانشي با روش مكانيك كوانتومي بيان مي‌شود. اما چون همه گراويتونها بين خود نيز رد و بدل مي‌شوند، حل اين مساله از نظر رياضي بسيار بغرنج مي‌شود. بي‌نهايت‌هايي حاصل مي‌شوند كه خارج از مفهوم رياضي معنايي ندارند. نظريه‌هاي علم فيزيك واقعاْ نمي‌توانند با اين بي‌نهايت‌ها سر و كار داشته باشند. آن‌ها اگر در نظريه‌هاي ديگر يافت شوند، تئوريسين‌ها به روشي كه آن را ریترماليزيشن يا بازبهنجارش مي‌نامند، متوسل مي‌شوند. ريچارد فاينمن در اين باره مي‌گويد: اين كلمه هر چقدر زيركانه باشد، باز من آن را يك روش ديوانه‌وار مي‌نامم. خود او هنگامي كه روي نظريه‌اش در مورد نيروي الكترومغناطيسي كار مي‌كرد، از اين روش سود جست. اما او به اين كار زياد راغب نبود. در اين روش از بي‌نهايت‌هاي ديگري براي خنثي كردن بي‌نهايت‌هاي نخستين، استفاده مي‌شود. نفس اين عمل اگر چه مشكوك است ولي نتيجه در بسياري از موارد كاربرد خوبي دارد. نظريه‌هايي كه با به‌كارگيري اين روش به‌دست مي‌آيند، خيلي خوب با مشاهدات همخواني دارند. 

استفاده از روش بازبهنجارش در مورد نيروي الكترومغناطيسي كارساز است ولي در مورد گرانش اين روش موفق نبوده. بي‌نهايت‌ها در مورد نيروي گرانش از جهتي بدتر از بي‌نهايت‌هاي نيروي الكترومغناطيسي هستند و حذفشان ممكن نيست. ابرگرانش كه هاوكينز در خطابه لوكاشين خود بدان اشاره كرد و نظريه ابرريسمان كه در ا» اشياء بنيادي جهان، بصورت ريسمان‌هاي نازكي هستند، پيشرفت‌هاي اميدوار كننده‌اي داشته‌اند، اما هنوز مسئله حل نشده است.

نظریه سی. پی. اچ. :

مشکل اصلی در فیزیک این است که تلاش می کنند این دو نظریه، یعنی مکانیک کوانتوم و نسبیت را با یکدیگر سازگار سازند. در حالیکه با توجه به اصل هم ارزی نیرو و انرژی نیاز به تلاش زیادی نیست تا نسبیت و مکانیک کوانتوم با یکدیگر سازگار شوند. در واقع بایستی مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتوم و نسبیت را همزمان و با توجه به اصول و قوانین شناخته شده ی علمی که از نظر تجربی نیز تایید شده مورد بررسی مجدد قرار داد. برای اینکار بایستی تعریف جدیدی از انرژی ارائه داد و با توجه با این تعریف ساختمان فوتون را تعریف کرد. با چنین نگرشی بینهایت های مشکل ساز بسادگی برطرف خواهند شد. بینهایت های موجود و مشکل ساز ناشی از نگرش موجود در مکانیک کوانتم  به درات است که ساختمان ذراتی نظیر فوتون و الکترون را قابل بررسی نمی داند. ابرریسمانها نیز قادر به ارائه ی راه اساسی نخواهند بود. زیرا در نظریه ریسمانها، یک ریسمان یک واحد بسیار کوچک انرژی است. اما در این نظریه هم نگرش نوینی به انرژی دیده نمی شود. در حالیکه نظریه سی. پی. اچ. کار را با یک نگرش نوین و انقلابی از خود انرژی آغاز می کند.

هاوکینگ:

راه ديگر 

از طرف ديگر اگر ما مكانيك كوانتومي را براي مطالعه اجسام بسيار بزرگ در قلمرويي كه گرانش فرمانرواي بي‌چون و چرا است، بكار گيريم، چه خواهد شد؟ به‌ديگر سخن اگر ما آنچه را كه نظريه نسبيت عام در باره گرانش مي‌گويد، در پرتو اصل عدم قطعيت بازنگري كنيم، چه اتفاقي خواهد افتاد؟ 

همانطور كه گفتيم طبق اصل عدم قطعيت

(Uncertainty principle)

 نمي‌توان با دقت مكان و سرعت يك ذره را همزمان اندازه گرفت. آيا اين بازنگري موجب تفاوت زيادي خواهد شد؟ در ادامه خواهيم ديد كه استفن‌هاوكينگ در اين زمينه به چه نتايج شگرفي دست يافته است. 

سياهچاله‌ها سياه نيستند! 

شرايط مرزي ممكن است به اين نتيجه منتهي شود كه مرزي وجود ندارد حالا كه از ضد و نقيض‌ها گفتيم، يكي ديگر هم اضافه كنيم: 

فضاي خالي، خالي نيست 

در ادامه خواهيم ديد كه چگونه مي‌توان به اين نتيجه رسيد. فعلا همينقدر بدانيم كه اصل عدم قطعيت بدان معني است كه فضا مملو از ذره و پادذره است! 

نظريه نسبيت عام همچنين به مـــا مي‌گويد كـــه وجود ماده يـــا انرژي سبب خميدگي يــا تاب‌خوردن فضا-زمان مي‌شود. يك نمونه خميدگي آشنا مي‌شناسيم. خميدگي باريكه‌هاي نور ستارگان دور هنگامي كه از نزديكي اجسام با جرم بزرگ نظير خورشيد مي‌گذرند. 

اين دو موضوع را به‌ياد داشته باشيم: 

1- فضاي «خالي» از ذرات و پادذرات پر شده است. جمع كل انرژي آن‌ها مقداري عظيم يا مقداري بي‌نهايت از انرژي است. 

2- وجود اين انرژي باعث خميدگي فضا-زمان مي‌شود. 
 
 

نظریه سی. پی. اچ. :

 به جای آنکه اصل عدم قطعیت را به نسبیت تعمیم دهیم، باید به این نکته ی بسیار مهم توجه کنیم که همه ی جهان از کوانتوم ها (انرژی، اتم، ذرات زیر اتمی) تشکیل شده اند. بنابراین همان قوانینی را که بر این ذرات حاکم است می توانیم به تمام جهان تعمیم دهیم. در نظریه سی. پی. اچ. فضا از سی. پی. اچ. انباشته شده است. سی. پی. اچ. ها روی یکدیگر کار انجام می دهند و کوانتوم های انرژی را تولید می کنند. در مکانیک کوانوتم هیچ توضیحی وجود ندارد که چرا فضا از فضا از ماده و پاد ماده انباشته شده است و تنها اصل عدم قطعیت مجوز آن را صادر کرده است. در حالیکه در نظریه سی. پی. اچ. ضمن توضیح کافی برای آن، دلیل اینکه چرا در فضا ماده وجود دارد یا فضا به تولید ماده و پاد ماده می پردازد ارائه می شود.

همچنین در نسبیت عام با توجه به اصل هم ارزی فضا دارای انحنا است. در حالیکه در نظریه سی. پی. اچ. انحنای فضا کاملاً توجیه شهودی دارد. همین دلایل شهودی و ملموس نشان می دهد که فضا باایستی دارای انحنا باشد و میزان انحنای فضا نیز تابع چگالی سی. پی. اچ. در فضا است.

هاوکینگ:  
 

نسبيت عام و مكانيك كوانتومي هر دو نظريه‌هاي فوق‌العاده خوب و از موفق‌ترين دستاوردهاي فيزيك در قرن گذشته هستند. از اين دو نظريه نه‌تنها براي هدف‌هاي نظري بلكه براي بسياري كاربردهاي عملي، به‌نحوي درخشان استفاده مي‌شود. با وجود اين اگر آن‌ها را با هم در نظر بگيريم، نتيجه همانطور كه ديديم بي‌نهايت‌ها و بي‌معني بودن است. نظريه همه چيز بايد به‌نحوي اين بي‌معنا بودن را حل كند. 

نظریه سی. پی. اچ. :

 نظریه همه چیز با گذشت سالهای متمادی و کار مداوم فیزیکدانان روی آن هنوز نتوانسته این مشکل را حل کند. زیرا همچنانکه گفته شد، بدون توجه به هم ارزی نیرو و انرژی این مشکل قابل حل نخواهد بود.

ویژگیهای برجسته نظریه سی. پی. اچ

در اين نظريه بر خلاف نظريه ريسمانها مي توان علت ثابت بودن سرعت نور و مسير منحي شكل نور را در ميدانهاي گرانشي توضيح داد.

 اميد است نظريه ی سی. پی. اچ. بتواند در گسترش بحثهای علمی در دانشگاه های کشور موثر واقع شود. گسترش بحث و تبادل نظر در زمينه های علمی می تواند در نهادينه شدن گفتمان منطقی در جامعه مفيد باشد. به متنسخنرانی در سمینار فیزیک مراجعه فرمایید.

  شاد و پيروز باشيد

           حسين جوادی  

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