همه چيز براي هيچ

همه چيز براي هيچ

از همان ابتداي خلقت ، دست يافتن به نظريه اي براي همه چيز دل مشغولي بشر بود ، يافتن جوابي كه پاسخ تمامي سئوالات باشد . سئوالاتي كه مطرح شده اند و يادر آينده ممكنست مطرح شوند چه سئوالات مربوط به متافيزيك ، چه سئوالات مربوط به جهان ماده .بله ، با دست يافتن به"نظريه اي براي همه چيز"گيريم كه توانستيم در قرن بيست و يكم به نظريه اي براي همه چيز دست يابيم آيا در اين صورت مي توان ادعا كرد كه در قرن بيست و دوم ، بيست و سوم و... اين نظريه در آن زمان هم نظريه اي براي همه چيز باشد؟ اگر قادر به اثبات تجربي آن نباشيم" همه چيز" اين نظريه بلوفي بيش نخواهد بود چرا كه ممكنست تكنولوژي آينده به مبارزه با پيش بيني هاي آن برآيد.و ضعف هاي آن را برملا سازد.
ناممكن بودن دست يافتن به نظريه اي براي همه چيز در محدوده ي مسائل مادي و غيرمادي بشر را مجبور ساخت تا مشكلات خود را در دو حوضه ي مجزا مورد مطالعه قرار دهد، در عرصه غير مادي انسان به سرعت، شايد در همان دوران غارنشيني به نظريه اي براي همه چيز دست يافت اما در حيطه ي مسائل مادي هزاران سال است انسان براي رسيدن به اين نظريه تلاش مي كند ودر اين راستا بشر و طبيعت به زور آزمايي با هم پرداخته اند ، اين مبارزه من را به ياد كارتون هاي افسانه اي مي اندازد كه پيرمردي با ريش سفيد و بلند، عصا به دست (طبيعت) معمايي مطرح مي كند و پسربچه اي (انسان) بي تجربه با تحمل مشقات زياد و كسب تجربه و علم به آن پاسخ مي دهد.
اين رويارويي پاياپاي تاكي ادامه دارد و برنده ي اين بازي كيست ؟ انسان يا طبيعت ؟
بيش از صد سال پيش انسان موفق شد همه معما هاي به جا مانده از گذشته هاي دور را در قالب فيزيك كلاسيك قدرتمندانه پاسخ دهد و دانشمندان را در به پايان رسيدن دوران جستجو و كنكاش دلخوش نمايد .
در اين ميان فريادهاي مستانه ي دانشمنداني از گوشه و كنار جهان به گوش مي رسيد كه ما ديگر قادر خواهيم بود هرآنچه در آينده ممكنست رخ دهد با مطالعه ي وضع موجود پيش بيني كنيم چرا كه راز نظم بنيادين طبيعت را كشف نموده ايم ودر قالب فيزيك كلاسيك فرمول بندي كرده ايم .
ولي چه زود طبيعت به حال خوش آنان (باپيش كشاندن چندين معما نظير سرعت نور ، تابش جسم سياه ، اثر كامپتون ، اثر فوتو الكتريك،...) پايان داد مشكلات پيچيده اي كه براي حل آنها ديگر از دست فيزيك كلاسيك كاري بر نمي آمد .
اما ديري نپائيد كه مسائل لاينحل و آزاردهنده ي پيش روي فيزيك كلاسيك با ابداع نظريه هاي نسبيت توسط اينشتين بر طرف شد و توپ را انسان برا ي بار ديگر به زمين طبيعت انداخت .
فيزيك كلاسيك به همراه نسبيت ها هرچه در زمين و وراي آن رخ مي داد را قانونمند ساخت و به سئوالاتي مانند موقعيت يك ذره در آينده ( با مطالعه نيرو هاي وارد بر آن ) تاريخ كسوف هاي بعدي ، ماهيت عالم و چگونگي شكل گيري آن و صدها رخداد مشابه از اين دست را به دقت پاسخ ميداد .
طولي نكشيد كه ايده اي ديگر سر از تخم تكامل انديشه ي بشر بيرون آورد . كوانتوم . ايده اي جسورانه، نظريه اي كه ريزترين اجزاء طبيعت را مورد مطالعه قرار مي دهد ، به يمن دست آورد هاي فيزيك كوانتومي بود كه به ناگاه ذراتي از پس پرده ي نمايان شدند كه تا آن زمان طبيعت آنها را از چشم بشر مخفي نگاه داشته بود ،دهها نوع ذره با نامها و رفتارها ي متفاوت ، اين كوانتوم بود كه معما هايي چون ساختمان اتم و مولكول ها را به انسان شناسانيد و او را در شكافتن دل ذرات ياري نمود تا آفتاب نهان در آنها را به نظاره بنشيند و براي بار ديگر ذهنش را از سئوالات گوناگون رهايي بخشد.
انسان قرن بيستم موفق شد به طور باور نكردني سئوالات به ارث مانده از پيشينيانش را كه طي صدها سال بي پاسخ مانده بود را پاسخ دهد . وتمام جوانب عالم را به كمك نظريه هاي گوناگون توضيح دهد اگر اين نظريه ها را ما به شكل لباسي در نظر بگيريم كه انسان تن طبيعت كرده است ،اين لباس در عين پوشاندن بدن عريان طبيعت اما از يك ناهمگوني آزاردهنده اي برخودار است ، پيراهن كوانتومي وصله خورده ،كت چروك و گشاد نسبيتي،بهمراه شلوار مرتب اما تنگ و كوتاه كلاسيكي .
اين لباسي كه ما به تن طبيعت كرديم به زحمت توانستيم قسمتي از پيراهن كوانتومي را به زير شلوار كلاسيكي جاي دهيم (كنايه از بسط برخي از روابط كوانتومي جهت استفاده در محاسبه وقايع ماكروسكوپي ) و وصله هاي آن را به زير كت نسبيتي بپوشانيم (كنايه از اتحاد نسبيت خاص با مكانيك كوانتومي و تدوين نظريه كوانتومي ميدان )
با اين اوضاع آيا مي توانيم به انجام وظيفه مان خرسند باشيم و بگوييم هرچه طبيعت از ما طلب مي كرد ما آن را به انجام رسانديم.
چگونه مي توانيم طبيعت را از اين پوشش نا مرتب برهانيم ؟ طبيعتي كه ما هنوز كفشي به پاهاي برهنه اش نكرده ايم(منظورناتواني در حل معماهاي امروزي مانند ماده تاريك، انرژي تاريك ،سرانجام عالم ،ماهيت نوترينو ،...)

در اين صورت است كه وقايع لحظات اوليه ي خلقت عالم ، منشاء و چيستي ماده و انرژي تاريك ،سرانجام كائنات ،ماهيت برخي از ذرات بنيادي و دهها سئوال ديگر كه تاكنون بي پاسخ مانده اند به جوابشان دست خواهيم يافت .
اكنون سئوالات اساسي كه براي دست يافتن به اين نظريه پيش مي آيد اين است كه،
1-آيا مي توان به دست يابي بشر در آينده اي نزديك به نظريه اي براي همه چيز خوشبين بود.؟
2-آيا نظريه اي براي همه چيز تا ابد نظريه اي براي همه چيز باقي خواهد ماند.؟
اعتقاد من براين است كه تلاش انسان در اين برهه از زمان براي رسيدن به نظريه اي براي همه چيز منوط به تحقق يافتن دو چيز است
الف )آگاهي كامل از تمام جوانب عالم
ب)رسيدن به تكنولوژي پيشرفته براي آزمودن نظريه هاي پيشنهادي
مورد اول بدون شك با امكانات موجودغير ممكن به نظر مي آيد ،چرا كه ما نه شناخت كامل از عالم در بعد ماكروسكوپي آ ن داريم و نه مي توانيم به روشني از ابعاد ميكروسكوپي آن سخن برانيم، بنابراين ما در دو حيطه با تاريكي مطلق سر و كار داريم يكي ماهيت عالم در نقاط دور دست كه نه نوري از آنجا به چشم ما مي آيد و نه ما قادريم به آنجا سفر كنيم ، و مسئله ي ديگر ماهيت عالم در ابعاد فرمي و كوچكتر از آن مي باشد ،اطلاعات ما از اين بعد تنها يكسري مشاهدات غير مستقيم است كه در برخي از موارد برداشت هاي ضد و نقيضي به مشاهده گر القا مي كند . با اين وضعيت ما مي خواهيم نظريه اي ابداع كنيم كه اين دو حيطه ي ناشناخته و هر چه بين آنها ست را بدون كم و كاست توضيح دهد .
تازه اگر موفق به تدوين اين نظريه شديم مي ماند اثبات آن ،به نظر من ديگر نبايد بي درنگ تسليم ظاهر نظريه ها شد ،بدين صورت كه اگر نظريه اي بر روي كاغذ و در قالب رياضياتي آن بدون نقص بود به آن به چشم يك راه حل بي بديل و قطعي نگاه كنيم كه اين نظريه تنها راه حل مشكل ماست.
همين نظريه ي نسبيت را در نظر بگريد ،با همه توانايي هايش در برخي از زمينه هاي علم فيزيك تاكنون هيچ مدرك قطعي براي اثبات پيش بيني هايش ارائه نگرديد ،تنها نسبيت خاص را توانسته اند با ذرات موجود در شتابدهندها كه ذرات در آن از حركت شتابدار برخوردارهستند (در صورتي كه نسبيت خاص ويژه ي حركت با سرعت ثابت است ) مورد آزمايش قرار دهند مخالفت اين نظريه با "عقل سليم" وپارادوكس حل نشده ي دو قلو هاي آن ديگر بماند.
در ضمن تاكنون مدرك مستدلي در تاييدبرخي از پيش بيني هاي نسبيت عام با تمام زيباييهايي كه اين نظريه دارد ارايه نشده است.
در زمينه ي يافته هاي فيزيك كوانتومي نيز با همين مشكل مواجه هستيم جايي كه صحبت از اتحاد بزرگ و يا اثبات وجود كوارك ها مي شود (به صورت منفرد ) يا وجود ذرات گلوئون، خر شتابدهندها به گل مي نشيند .
ناتواني دانشمندان در ابداع روشي براي اثبات تجربي اين يافته ها زمينه را براي ظهور ادعا هاي تازه مهيا ساخت. ادعا هايي كه هيچگونه چشم اندازي در آينده هاي بسيار دور نيز براي اثبات آنها وجود ندارد .
گرچه تلاش و پشتكار دانشمندان براي دست يابي به نظريه اي براي همه چيز قابل احترام و ستودني است اما آنان مرا به ياد كيميا گران قديم مي اندازند كه اميدتبديل مس به طلا سراسروجودشان را فرا گرفته است ،چند سالي است كه تب كيميا گري از علم شيمي به علم فيزيك منتقل شده است و كيمياي "نظريه اي براي همه چيز" روياي شيرين برخي از فيزيكدانان گرديده است .
البته همانطوري كه در طول تاريخ كيمياگري برخي از گوشه و كنار جهان ادعاي دست يافتن به ماده اي كه مس را به طلا تبديل مي كند را مطرح مي كردند ،اينك نيز پيدا مي شوند دانشمنداني كه مدعي دست يافتن به نظريه اي براي همه چيز هستند.
جالب اينجاست كه اينان براي منطقي جلوه دادن نظريه هايشان بنيان طبيعت را دگرگون مي سازند ، ذرات رابه ريسمان و ابعاد عالم را تا جايي كه مشكلشان حل شود افزايش مي دهند .

همان طوري كه تا قرن نوزدهم فيزيك كلاسيك براي همه چيز شناخته شده تا آن زمان پاسخ قانع كننده اي داشت . و به نوعي نظريه اي براي همه چيز بود. اما تكنولوژي قرن بيستم همانند شتابدهندها ،تلسكوپ ها ي قوي ،و تجهزات دقيق آزمايشگاهي سئوالاتي پيش روي آن قرار دادند كه ناقص بودن آن را نشان دادند .
تلاش براي دست يابي به نظريه اي براي همه چيز در حالي در حال انجام است كه دانشمندان هنوز در همساز كردن نسبيت خاص با كوانتوم با مشكلات عديده اي دست به گريبان هستند ، از وجود ذرات ميدان گرانش سخن به ميان مي آورند اما قادر به اثبات تجربي آنها نيستند ، از كم و كيف نيروي قوي هسته اي اطلاعات دقيقي ندارند،و...
كوتاه سخن اينكه اگر دانش بشري در مسير دست يافتن به نظريه هايي باشند كه بتواند تنها مشكلات موجود را حل كند (مانندطريقه ي شكل گيري نسبيت و كوانتوم)و اجازه بدهيم تا با پيدايش پاره نظريه ها زواياي بيشتري از نظريه ي بزرگ آشكار شود آنگاه به راحتي وبا اطمينان بيشتر قادر خواهيم بود گمشده ي خود (كه شايد نظريه اي براي همه چيز باشد) را بيابيم.
شايد تمايل دانشمندان در اين برهه از زمان براي دست يافتن به يك نظريه اي براي همه چيز ناشي از ناتواني آنها در حل معضلات فعلي است كه براي فرار از اين مشكلات خود را به دامان نظريه اي براي همه چيز انداخته اند . همين اقدام هاي گنگ و سر در گم كننده است كه اين سئوال بزرگ را در اذهان تداعي مي كند
آيا نظريه ي ام يا ريسمان يا ابر ريسمان وديگر نظريه هايي از اين دست (كه خود را كانديد نظريه اي براي همه چيز مي دانند ) گامي در جاده است يا راهيست به نا كجا آباد؟.

مريخ : سيب كپلر

يوهان كپلر(1571-1630) يكي از دستياران تيگو براهه منجم مشهور دانماركي بود. وي تلاش مي كرد تا تا از طريق رياضيات، منظومه خورشيد مركزي را توجيه و ثابت كند. به همين دليل كپلر، هندسه را براي توجيه اين مسئله انتخاب كرد. او همچنين از طريق هندسه توانست، مدار سيارت و دوره تناوب آن ها را با درصد خطاي كمترمحاسبه كند. كپلر پيش از آنكه به عنوان دستيار تيگو براهه درآيد، الگويي براي محاسبه نسبت فواصل بين سيارت ارائه كرد.
در اين الگو، كپلر پنج چند وجهي منتظم ( نوعي چند وجهيست كه اضلاع و زاويه هاي تمام وجوه آن يكسانند) را با ترتيب خاصي به صورت تو در تو، در درون يكديگر قرار داد. بين هر دو چند وجهي منتظم فضاي خالي وجود داشت كه در ميان آن ها نيم كره هايي گنجانده شده بود. در اين الگو، پنج چند وجهي منتظم و شش نيم كره تعبئه شده بود كه نخستين و كوچكترين نيم كره در درون داخليترين چند وجهي منتظم و ششمين و بزرگترين نيم كره در خارج از الگو قرار داشت به طوري كه تمام الگو در اين نيم كره واقع بود. اين نيم كره ها نقش مدار سيارات را داشتند. و به اين ترتيب كپلر توانست نسبت فواصل مدار سيارات را با 5 درصد خطا محاسبه كند. كپلر با ارائه اين الگو مهارت و قدرت رياضي خود را نشان داد و به همين دليل به عنوان دستيار تيگو براهه در اورانيبورگ، كه رصد خانه اي بود در جزيره هون كه توسط پادشاه دانمارك ساخته شده بود، منصوب شد. نخستين ماموريتي كه به كپلر داده شد، محاسبه و تعيين مدار مريخ بود. وي در تعيين مدار مريخ از منظومه خورشيد مركزي استفاده كرد. او به مدت يك سال و نيم مشغول رصد و محاسبه مدار مريخ بود.
امّا او به نتيجه شگفت آوري دست يافت. حركت طولي مريخ (شرق وغرب دايره البروج ) كه كپلر محاسبه كرد با حركت طولي كه تيگو براهه بدست آورده بود، حدود 8 دقيقه قوسي اختلاف داشت . ديگر دستياران تيگو علت اين اختلاف را خطاي ابزار مي دانستند. امّا كپلر اين طور فكر نمي كرد، چون ابزار هاي آزمايشگاه تيگو براهه حداكثر خطايي كه داشتند دو يا سه دقيقه بود. كپلر مي پنداشت كه مسير حركت مريخ نبايستي دايره باشد. به همين خاطر به دنبال شيوه ديگري براي محاسبه و تعيين مدار مريخ برآمد. موضع رصد و محاسبه مدار مريخ توسط تيگو براهه و كپلر از زمين متحرك بود.
و به همين خاطر كپلر در صدد بر آمد تا چارچوب خود را از زمين متحرك به خورشيد كه ثابت است، منتقل كند. كپلر براي اين كار، بايستي مدار زمين را به طور دقيق تعيين كند. او براي تعيين مدار زمين، فرض مسئله خود را چنين قرار داد كه در لحظه ابتدا، زمين، خورشيد و مريخ در يك راستا قرار دارند. دوره تناوب مريخ كه او بدست آورده بود، 687 روز بود. پس از يك دوره مريخي (يعني 687 روز) مريخ دوباره به موضع خود مي رسد، امّا در اين لحظه زمين در موضع قبلي نبوده يعني زمين، مريخ و خورشيد در يك راستا قرار ندارند. چون دوره زميني 365 روز مي باشد.
از اين طريق كپلر توانست مدار زمين را مشخص كند. او مدار زمين را دايره بدست نياورد بلكه مدار زمين را بيضي نزديك به دايره يافت. او مشاهده كرد كه سرعت زمين در نزديكي خورشيد افزايش مي يابد. و اين مسئله ذهن كپلر را مشغول كرده بود. و او براي حل مسئله خود به دنبال علت فيزيكي آن مي گشت. وي فكر مي كرد كه خورشيد بر سيارات نيرو وارد مي كند كه آن ها را در مدار نگه داشته. امّا روشي براي اثبات عقيده خود نداشت. امّا شيوه اثبات هندسيّه مدار زمين موجب شد كه كپلر قانون اول خود را تدوين كند. مطابق اين قانون خط واصل سياره و خورشيد در بازه زماني يكسان، مساحت يكساني را جارو مي زند. و به عبارتي اين قانون نشان مي دهد كه سرعت سيارات در نقاط مختلف مدار در يك دوره تغيير مي كند.
كپلر با تعيين مدار نسبتاً دقيق زمين، اكنون مي توانست مدار مريخ را محاسبه كند. او در روشي مشابه با روش قبلي، مدار مريخ را تعيين كرد. او مدار مريخ را بيضي مايل به دايره بدست آورد. امّا شكل بيضي مدار زمين با بيضي مدار مريخ متفاوت بود. هر چند كه بيضي ها از نظر شكل متفاوتند امّا در يك خواص كلي متشابه اند و اينكه هر نقطه واقع بر بيضي مجموع فاصله شان از دو نقطه ثابت به نام كانون، همواره يكسان و ثابت است. با كشف مدار بيضي مريخ و زمين، كپلر قانون دوم خود را توانست تدوين كند. به موجب اين قانون، مدار سيارات به دور خورشيد، بيضي مي باشند و خورشيد در يكي از كانون هاي بيضي قرار دارد.
كپلردر سال 1609 پس از آنكه دو قانون خود را تدوين كرد با دو مسئله مهم رو به رو شد و اينكه چرا مدار حركت سيارات به دور خورشيد بيضي است. و همچنين سرعت و مدار سيارات نبايستي تصادفي و مستقل از يكديگر باشند. و به همين دليل تلاش مي كرد تا بتواند بين سرعت و اندازه مدار سيارات رابطه را بيابد. كپلر پس از ده سال محاسبه و بررسي توانست به رابطه اي ميان اندازه مدار و دوره سيارات دست يابد.
كپلر در سال 1619 در كتاب هماهنگي جهان مي نويسد:" پس از آنكه با تلاش و كوشش خود در مدتي طولاني، و با استناد به رصد هاي تيگو براهه، رابطه درست و حقيقي را پيدا كردم..."(1) اين قانون كه به قانون هماهنگي يا دوره تناوب نيز معروف است بدين شرح است: مربع دوره گردش سيارات با مكعب فاصله ميانگين آن ها از خورشيد متناسب است و يا به عبارتي ديگر، نسبت مربع دوره گردش سيارات به مكعب فاصله ميانگين آن ها از خورشيد همواره ثابت است.

اين رابطه هميشه يك مقدار ثابتي است: t^2/r^3

كپلر در واقع حركات اجرام آسماني را بر اساس هندسه و رياضيات توصيف كرد و هرگز در مورد علت هاي آن چيزي نگفت. او دوست داشت كه پديده هاي آسماني و حركات اجرام آسماني را بر اساس علت هاي فيزيكي توضيح دهد. تا اينكه نيوتون با ظهور خود در ميدان رقابت، توانست با ارائه چهار قانون مهم خود( قانون چهارم همان قانون گرانش است) به اين مسائل از ديد فيزيكي و رياضي پاسخ دهد.
در پايان اين نكته را مستلزم مي دانم كه عامل مشتركي ميان نيوتن و كپلر در كشف حقايق طبيعت وجود دارد البته شايد اين عامل با دانشمندان ديگري نيز در اشتراك باشد، اما چون بحثمان درمورد كپلر هست اين نسبت را به وي مي دهيم. و اينكه افتادن سيب در برابر چشمان نيوتن منجر به اين شد كه نيوتن به فكر قانون گرانشي بيفتد و اين امر سبب مشهور شدن او شد كه تحول عظيمي را در فيزيك ايجاد كرد. و كپلر هنگامي كه به دستياري تيگو براهه منصوب شد اولين ماموريت او رصد مدار مريخ بود، و اين مدار مريخ بود كه باعث شد كپلر به معمّاهايي برخورد كند، و در حل اين معمّا ها قوانيني را تدوين نمود كه با استناد به اين قوانين توانست به اين پرسش ها پاسخ دهد. مردم هم عصر نيوتن وهمچنين مردمان قبل از او هيچگاه با افتادن سيب از درخت نتوانستند به فكر نيروي گرانشي بيفتند و مانند نيوتن شوند
دانشمندان هم عصر كپلر مانند تيگو براهه و حتي دانشمندان ومنجمان قبل از او كه مشغول رصد مدار سيارات بودند، نتوانستند مانند كپلر در مورد مدار سيارات اين گونه فكر كنند