آیا مى توان قانون های فیزیک را تلفیق کرد؟

[Rez@ee]

قوانین فیزیک

در بهترین حالت، فیزیکدانان مى توانند با آشکار ساختن سادگى هاى زیربنایى، پیچیدگى ها را حذف کنند. براى مثال، معادله هاى ماکسول تمام پدیده هاى گیج کننده و متنوع الکتریسیته و مغناطیس کلاسیک را با استفاده از چهار قاعده ساده تفسیر مى کند. این معادله ها زیبا هستند، تقارن اسرارآمیزى دارند و در رقص ظریف نمادها، تصویر آینه اى یکدیگرند. این چهار معادله در مجموع بسیار زیبا هستند و همان طور که ابیات شکسپیر با همدیگر شعرى مى آفرینند، این چهار معادله با یکدیگر کامل مى شوند. مدل استاندارد فیزیک ذرات شعرى ناتمام است. عمده بخش هاى آن آماده شده است و به رغم آنکه ناتمام است، درخشان ترین اثر هنرى در ادبیات فیزیک محسوب مى شود. این مدل با دقت تمام، مواد شناخته شده را _ تمام ذرات زیراتمى همانند کوآرک ها و لپتوتن ها _ و نیروهایى که این ذرات به وسیله آنها با یکدیگر برهم کنش مى کنند، توصیف مى کند. این نیروها از این قرارند: الکترومغناطیس که چگونگى برهم کنش ذرات باردار را بیان مى کند، نیروى ضعیف که مى گوید چگونه ذرات مى توانند ماهیت خود را تغییر دهند و نیرویى قوى که بیان مى کند چگونه کوآرک ها به یکدیگر مى پیوندند تا پروتون ها و سایر ذرات مرکب را به وجود آورند. اما با آنکه توصیف مدل استاندارد دلپذیر است، از چند بخش تشکیل شده است و بعضى از این بخش ها _ همانند بخشى که توصیف گر گرانش است _ به دست نیامده است. اما اینها فقط بخشى از زیبایى است که توجه ما را به زیبایى عمیق ترى جلب مى کند، درست مثل چند خط شعر که روى تکه اى از پاپیروس نوشته شده است. زیبایى مدل استاندارد در تقارن آن نهفته است. ریاضیدانان تقارن آن را با مفهومى با نام گروه هاى لى توصیف مى کنند. نگاهى گذرا به گروه لى مدل استاندارد ماهیت چندبخشى بودن آن را آشکار مى سازد:
U(1)*SU(2)*SU(3)
هر کدام از این بخش ها نشان دهنده یک نوع خاص از تقارن است، اما تقارن کل شکسته شده است. هر کدام از نیروها به روشى که تا حدودى متفاوت از دیگر نیروها است، رفتار مى کند، در نتیجه هر کدام از این نیروها با تقارنى که تا حدودى متفاوت از بقیه است، بیان مى شود. اما شاید این تفاوت ها کم اهمیت باشد. به نظر مى رسد که الکترومغناطیس و نیروى ضعیف بسیار متفاوت از یکدیگر باشند، اما فیزیکدانان در دهه ۱۹۶۰ نشان دادند که این دو نیرو در دماهاى زیاد «وحدت» مى یابند. بدین ترتیب معلوم شد که الکترومغناطیس و نیروى ضعیف در حقیقت نیروى واحدى هستند، درست همان طور که با حرارت دادن یخ تبدیل به آب مى شود و معلوم مى شود که یخ و آب در حقیقت چیز واحدى هستند. چنین ارتباطى، این امیدوارى را در فیزیکدانان ایجاد کرد که نیروى قوى را هم بتوان با دو نیروى دیگر یکى کرد و نظریه بزرگترى را به وجود آورد که بتوان آن را با تقارن واحدى همچون SU(5) توصیف کرد. تئورى واحد باید نتایج قابل مشاهده اى داشته باشد. براى مثال اگر نیروى قوى همان نیروى الکترو ضعیف باشد آنگاه شاید پروتون ها واقعاً پایدار نباشند و هر از چندگاهى به طور خودبه خودى واپاشى کنند. به رغم پژوهش هاى بسیار کسى شاهد واپاشى پروتون نبود و هیچ کس هم ذراتى را که تعدیل هاى افزایش دهنده تقارن مدل استاندارد همانند ابرتقارن پیشگویى مى کند مشاهده نکرده است. گذشته از این حتى چنین نظریه هاى واحدى مادام که از گرانش چشم پوشى مى کند کامل نیست.
گرانش نیروى مشکل سازى است. تئورى اى که این نیرو را توصیف مى کند یعنى نسبیت فرض مى کند که فضا و زمان یکنواخت و پیوسته است درحالى که شالوده هاى فیزیک کوآنتوم که بر ذرات زیر اتمى و نیروهاى آن حاکم است ذاتاً ناپیوسته و جهشى است. گرانش چنان با نظریه کوآنتوم ناسازگار است که تاکنون هیچ نتوانسته است روشى متقاعده کننده براى ارائه نظریه واحد پیشنهاد کنند که شامل تمام انواع ذرات نیروهاى ضعیف و قوى و گرانش باشد. اما فیزیکدانان به پیشرفت هایى دست یافتند. شاید امیدبخش ترین این روش ها نظریه ابرتار باشد. نظریه ابرتار تبعات بسیارى دارد زیرا این نظریه روشى براى وحدت همه چیز در یک نظریه بزرگ با یک تقارن واحد دارد _ براى مثال براى یک شاخه از نظریه ابرتار تقارن از نوع (۳۲) SO است- اما نیازمند جهانى با ۱۰ یا ۱۱ بعد و ذرات بسیارى است که غیرقابل آشکارسازى هستند و پرسش هاى ذهنى بسیارى که شاید هیچ وقت به جواب آنها نرسیم. شاید ده ها نظریه واحد وجود داشته باشد که فقط یکى از آنها صحیح باشد اما دانشمندان هیچ وقت نتوانند تعیین کنند که کدام صحیح است. شاید هم تلاش براى وحدت نیروها و ذرات جست و جویى بى ثمر باشد. در عین حال فیزیکدانان به جست و جوى خود براى یافتن واپاشى پروتون ادامه مى دهند همچنان که به جست و جوى خود براى ذرات ابرتقارنى در تله هاى زیرزمینى برخورددهنده بزرگ هادرون (LHC) در ژنو سوئیس که در سال ۲۰۰۷ مورد بهره بردارى قرار مى گیرد، ادامه مى دهند. دانشمندان بر این باورند که LHC همچنین وجود بوزون هاى هیگز را هم آشکار خواهد ساخت. بوزون هاى هیگز ذراتى هستند که اصولاً به تقارن هاى بنیادى در مدل فیزیک ذرات مربوط مى شوند. فیزیکدانان امیدوارند روزى بتوانند شعر ناتمام را به اتمام برسانند و به آن تقارن هولناک شکل دهند. جزیره دانش