مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

 

پايه های منطقی نظريه سی.پی.اچ

مقدمه

جهان بيني علمي در فيزيک نظري با كارهاي گاليله آغاز شد. هرچند كه تلاشهاي گاليله زيربناي فيزيك کلاسيک را تشكيل داد، اما اين تلاشها ريشه در نگرشهاي جديد به پديده هاي فيزيکي داشت كه مهمترين آنها را مي توان در آثار برونو و کپلر مشاهده كرد. برونو به طرز ماهرانه اي در آثار خود تشريح کرد كه همه ي ستارگان جهان نظير خورشيد هستند. کپلر با ارائه سه قانون خود نشان داد كه حرکت سيارات قانونمند است و يک نظم منطقي در حرکت، دوره تناوب و مسير آنها وجود دارد.

گاليله آزمايشهاي زيادي انجام داد تا بتواند حرکت اجسام را در يك سري قوانين کلي خلاصه کند. در اين ميان آزمايش سطح شيبدار گاليله از همه مشهورتر است. اما نمي توان تاثير نگرش گاليله را در پيشرفت علم به اين آزمايشها خلاصه کرد. در حقيقت گاليله نوعي نگرش منطقي به پديده هاي فيزيکي داشت كه تا آن زمان بي سابقه بود. اين نگرش زيربناي روش استقرايي را در فيزيک تشكيل داد و بتدريج به ساير علوم گسترش يافت.

هرچند آزمايشهاي گاليله از نظر کمي و كيفي با آزمايشهاي امروزي قابل مقايسه نيست، اما آزمايشهاي بسيار پيچيده و پيشرفته امروزي نيز از همان قاعده ي نگرش استقرايي گاليله پيروي مي کنند. به اين ترتيب گاليله زير ساخت فيزيك را ايجاد کرد و نحوه ي برخورد علمي با طبيعت را نشان داد. اما نتيجه ي اين تلاشها به صورت تشريحي بيان مي شد.

سالها بعد نيوتن نتايج به دست آمده توسط گاليله را فرمول بندي و در قالب يك سري معادلات رياضي ارائه کرد و ساختار فيزيک كلاسيك را مدون ساخت. قانون جهاني گرانش نيوتن دست آورد بزرگي بود. نيوتن براي توجيه پديده هاي فيزيکي " نگرش ديفرانسيلي" را جايگزين روش انتگرالي كرد. در روش انتگرالي همواره نتايج مورد نظر است. در حاليكه در نگرش ديفرانسيلي تحليل روند رسيدن به نتايج مورد بحث قرار مي گيرد و جواب هاي خاص را مي توان از آن به دست آورد. به عنوان مثال قوانين کپلر را با قانون جهاني گرانش نيوتن مقايسه کنيد. در قوانين کپلر نمي توان دوره ي گردش يک سياره را از روي دوره ي گردش سياره ي ديگر استخراج کرد. علاوه بر آن هر سه قانون کپلر مستقل از هم هستند. در حاليكه در قانون نيوتن مي توان دوره گردش همه ي سيارات به دور خورشيد را به دست آورد.

بنابراين مي توان گفت گاليله روش استقرايي را به وجود آورد و نيوتن روش ديفرانسيلي را ابداع کرد. لذا تاثير تلاشهاي گاليله و نيوتن در پيشرفت علوم ممتاز و غير قابل انكار و در عين حال بي نظير است.

مشكلات قوانين نيوتن

هنگاميكه نيوتن قوانين حركت و قانون جهاني جاذبه را ارائه کرد، اين قوانين از نظر منطقي با اشكالات جدي همراه بود. قانون دوم نيوتن بصورت

F=ma

تا سرعتهاي نامتناهي را پيشگويي مي کرد که با تجربه سازگار نيست. و قانون سوم وي بيان کننده ي کنش از راه دور يا همزماني عمل و عکس العمل است که اين نيز با ابهام و اشکات خود روبرو بود.

يعني اثر نيروي جاذبه با سرعت نامتناهي منتقل مي شد. تاثير از راه دور همواره مورد انتقاد قرار داشت.

اما مهمترين مشكل قوانين نيوتن در قانون جهاني گرانش وي 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 اي به ريچارد بنتلي نوشت "كه اگر تعداد ستارگان جهان بينهايت نباشد، و اين ستارگان در ناحيه اي از فضا پراكنده باشند، همگي به يكديگر برخورد خواهند کرد. اما اكر تعداد نامحدودي ستاره در فضاي بيكران به طور كمابش يكسان پراكنده باشند، نقطه مركزي در كار نخواهد بود تا همه بسوي آن كشيده شوند و بنابراين جهان در هم نخواهد ريخت."

اين برداشت نيز با يک اشكال اساسي مواجه شد. بنظر سيليجر طبق نظريه نيوتن تعداد خطوط نيرو كه از بينهايت آمده و به يک جسم مي رسد با جرم آن جسم متناسب است. حال اگر جهان نامتناهي باشد و همه ي اجسام با جسم مزبور در كنش متقابل باشند، شدت جاذبه وارد بر آن بينهايت خواهد شد.

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

مشكل بعدي قوانين نيوتن در مورد دستگاه مرجع مطلق بود. همچنان كه مي دانيم حركت يک جسم نسبي است، وقتي سخن از جسم در حال حركت است، نخست بايد ديد نسبت به چه جسمي يا در واقع در کدام چارچوب در حركت است. دستگاه هاي مقايسه اي در فيزيک داراي اهميت بسياري هستند. قوانين نيوتن نسبت به دستگاه مطلق مطرح شده بود. يعني در جهان يک چارچوب مرجع مطلق وجود داشت که حركت همه اجسام نسبت به آن قابل سنجش بود. در واقع همه ي اجسام در اين چارچوب مطلق كه آن را "اتر" مي ناميدند در حركت بودند. يعني ناظر مي توانست از حركت نسبي دو جسم صحبت كند يا مي توانست حركت مطلق آن را مورد توجه قرار دهد.

براين اساس مايكلسون تصميم داشت سرعت زمين را نسبت به دستگاه مطلق "اتر" به دست آورد. مايكلسون يک دستگاه تداخل سنج اختراع کرد و در سال 1880 تلاش کرد طي يک آزمايش سرعت مطلق زمين را نسبت به دستگاه مطلق "اتر" به دست آورد. نتيجه آزمايش منفي بود. (براي بحث كامل در اين مورد به كتابهاي فيزيك بنيادي مراجعه كنيد.) با آنكه آزمايش بارها و بارها تكرار شد، اما نتيجه منفي بود. هرچند مايكلسون از اين آزمايش نتيجه ي مورد نظرش را به دست نياورد، اما به خاطر اختراع دستگاه تداخل سنج خود، بعدها برنده جايزه نوبل شد.

نسبيت خاص

براي توجيه علت شكست آزمايش مايكلسون نظريه هاي بسياري ارائه شد تا سرانجام اينشتين در سال 1905 نسبيت خاص را مطرح كرد. نسبيت خاص شامل دو اصل زير است:

1- قوانين فيزيک در تمام دستگاه هاي لخت يكسان است و هيچ دستگاه مرجع مطلقي در جهان وجود ندارد.

2- سرعت نور در فضاي تهي و در تمام دستگاه هاي لخت ثابت است.

در نسبيت سرعت نور، حد سرعت ها است، يعني هيچ جسمي نمي تواند با سرعت نور حرکت کند يا به آن برسد.

نتيجه اين بود كه قانون دوم نيوتن بايد تصحيح مي شد. طبق نسبيت جرم جسم تابع سرعت آن است، يعني با افزايش سرعت، جرم نيز افزايش مي يابد و هر جسمي كه بخواهد با سرعت نور حركت كند بايد داراي جرم بينهايت باشد. لذا قانون دوم نيوتن بصورت زير تصحيح شد.

 

بنابر اين جرم تابع سرعت است و با افزايش سرعت، جرم نيز افزايش مي يابد. هنگاميكه سرعت جسم به سمت سرعت نور ميل كند، جرم به سمت بينهايت ميل خواهد كرد و عملاً هيچ نيرويي نمي تواند به آن شتاب دهد.

از طرف ديگر طبق نسبيت جرم و انرژي هم ارز هستند، يعني جرم جسم را مي توان بصورت محتواي انرژي آن مورد ارزيابي قرار داد.

E=mc²

m=E/c²

بنابراين انرژي داراي جرم است. اما در نسبيت نور از کوانتومهاي انرژي تشكيل مي شود كه آن را فوتون مي نامند و با سرعت نور حركت مي کند. اين سئوال مطرح شد كه اگر انرژي داراي جرم است و فوتون نيز حامل انرژي است كه با سرعت نور حركت مي كند، پس چرا جرم آن بينهايت نيست؟

پاسخ نسبيت به اين سئوال اين بود كه جرم حالت سكون فوتون صفر است. در حاليكه رابطه ي جرم نسبيتي در مورد جرم حالت سكون غير صفر بر قرار است. لذا در نسبيت با دو نوع ذرات سروكار داريم، ذراتي كه داراي جرم حالت سكون غير صفر هستند نظير الكترون و ذراتي كه داراي جرم حالت سكون صفر هستند مانند فوتون. در نسبيت تنها ذراتي مي توانند با سرعت نور حركت کنند كه جرم حالت سكون آنها صفر باشد.

مشكل نسبيت خاص در اين است كه جرم نسبيتي آن (جرم بينهايت) مانند سرعت بينهايت در مكانيك كلاسيك با تجربه تطبيق نمي كند. يعني هيچ نمونه ي تجربي كه با جرم بينهايت نسبيت تطبيق كند مشاهده نشده است.

علاوه بر آن در نسبيت و حتي در مكانيك كوانتوم توضيحي وجود ندارد كه نحوه ي توليد فوتون را با سرعت نور توضيح بدهد. و چرا فوتون در حالت سكون يافت نمي شود. آيا فوتون از ذرات ديگري تشكيل شده است؟ اگر جواب منفي است اين سئوال مطرح مي شود كه فوتون هاي مختلف با يکديگر چه اختلافي دارند؟ در حاليكه همه ي فوتون ها با انرژي متفاوت با سرعت نور حرکت مي كنند. آزمايش نشان داده است كه فوتون در برخورد با ساير ذرات قسمتي از انرژي خود را از دست مي دهد. حال اين سئوال مطرح مي شود كه فرض كنيم فوتون شامل ذرات ديگري نيست، اين را بايد توضيح داد وقتي قسمتي از آن جدا مي شود و باز هم داراي همان خواص اوليه است ولي با انرژي کمتر؟ يعني فوتون قابل تقسيم است، هر ذره ي قابل تقسيمي بايد شامل زير ذره باشد.

واقعيت اين است كه فوتون در شرايط نور توليد مي شود و اجزاي تشكيل دهنده آن نيز بايستي با همان سرعت نور حرکت کنند و حالت سكون فوتون يعني تجزيه ي آن به اجزاي تشكيل دهنده اش.

از طرفي مي دانيم جرم و انرژي هم ارز هستند، آيا اين منطقي است كه مي توان سرعت جرم را تغيير داد اما سرعت انرژي ثابت است؟

نسبيت عام:

نسبيت خاص داراي يك محدوديت اساسي بود. اين محدوديت ناشي از آن بود كه رويدادهاي فيزيکي را در دستگاه هاي لخت مورد بررسي قرار مي داد، در حاليكه در جهان واقعي دستگاه ها شتاب دار هستند. هرچند مي توان در بر رسي برخي رويداد ها به دستگاه هاي لخت بسنده كرد، اما اين دستگاه ها براي بررسي تمام رويدادها ناتوان هستند.

اينشتين در سال 1915 نسبيت عام را ارائه کرد و نسبيت خاص به عنوان حالت خاصي از نسبيت عام در آمد.

نسبيت عام بر اساس اصل هم ارزي تدوين شد.

اصل هم ارزي:

قوانين فيزيک در يک ميدان جاذبه يكنواخت و در يک دستگاه كه با شتاب ثابت حركت مي کند، يكسان هستند.

به عنوان مثال فرض کنيم يک دستگاه مقايسه اي با شتاب ثابت در حركت است. مشاهدات در اين دستگاه نظير مشاهدات در يک ميدان گرانشي يكنواخت است در صورتي كه شدت ميدان گرانشي برابر شتاب دستگاه باشد، يعنيa=gباشد، در اين صورت مشاهدات يكسان خواهد بود.

مهمترين دستاورد نسبيت عام توجيه مدار عطارد بود. بررسي هاي نجومي نشان داده بود كه نقطه حضيض عطارد جابه جا مي شود. بيش ار يكصد سال بود كه فيزيكدانان متوجه ان شده بودند، اما نمي توانستند با قوانين نيوتن توجيه كنند. اما نسبيت عام توانست آن را توجيه كند.

بنا بر نسبيت، گرانش اثر هندسي جرم بر فضاي اطراف خود است. كه فضا- زمان ناميده مي شود. يعني جرم فضاي اطراف خود را خميده مي كند و مسير نور در اطراف آن خط مستقيم نيست، بلكه منحني است.

در سال 1919 انحناي فضا را هنگام کسوف کامل خورشيد با نوري که از طرف ستاره ي مورد نظري به سوي زمين در حرکت بود و از کنار خورشيد مي گذشت مورد تحقيق قرار دادند که با پيشگويي نسبيت تطبيق مي کرد. اين موفقيت بسيار بزرگي براي نسبيت بود. از آن زمان به بعد توجه به ساختار هندسي و خواص توپولوژيک فضا بررسي واقعيت هاي فيزيکي را به حاشيه راند. مضافاً اينکه گرانش را از فهرست نيروهاي اساسي طبيعت در فيزيک نظري حذف کرد.

 

مشکلات اساسي نسبيت را مي توان به صورت زير فهرست کرد:

1- مشکل نسبيت با مکانيک کوانتوم- مکانيک کوانتوم ساختار ريز و کوانتومي کميت ها و واکنش متقابل آنها را مورد بررسي قرار مي دهد. به عبارت ديگر نگرش مکانيک کوانتوم بر مبناي کوانتومي شکل گرفته است. در اين زمينه تا جايي پيش رفته که حتي اندازه حرکت و برخي ديگر از کميتها را کوانتومي معرفي مي کند. اين نتايج بر مبناي يکسري شواهد تجربي مطرح شده و قابل پذيرش است. علاوه بر آن تلاشهاي زيادي انجام مي شود پديده هاي بزرگ جهان را با قوانين شناخته شده در مکانيک کوانتوم توجيه کنند. حال به نسبيت توجه کنيد که فضا-زمان را پيوسته در نظر مي گيرد. بنابراين نسبيت با مکانيک کوانتوم ناسازگار است. تلاشهاي زيادي انجام شده تا به طريقي يک هماهنگي منطقي و قابل قبول بين نسبيت و مکانيک کوانتوم ايحاد شود. در اين مورد کارهاي ديراک شايان توجه است که مکانيک کوانتوم نسبيتي را پايه گذاري کرد و آن را توسعه داد. اما در مورد نسبيت عام موفقيت چنداني نصيب فيزيکدانان نشده است.

2- پيچيدگي و عدم وجود تفاهم در نسبيت- پيچيدگي نسبيت موجب شده که تفاهم منطقي بين فيزيکدانان در مورد نتايج و پيشگويي هاي نسبيت وجود نداشته باشد. به عبارت ديگر نسبيت شديداً قابل تفسير است. اين تفاسيرگاهي چنان متناقض هستند به عنوان مثال: اينشتين از سال 1917 شروع به تدوين يک نظريه قابل تعميم به عالم کرد. وي با مشکلات حل نشدني رياضي برخورد کرد. به همين دليل در معادلات گرانش عبارت مشهور " پارامتر عالم " را وارد کرد. ملاحظات وي در اين موضوع بر دو فرضيه مبتني بود.

الف - ماده داراي چگالي متوسطي در فضاست که در همه جا ثابت و مخالف صفر است.

ب- بزرگي " شعاع " فضا به زمان بستگي ندارد.

 

در سال 1922 فريدمان نشان داد که اگر از فرضيه دوم چشم پوشي شود، مي توان فرضيه اول را حفظ کرد بي آنکه در معادلات به پارامتر عالم نيازي باشد. فريدمان بر اين اساس يک معادله ي ديفرانسيل به صورت زير ارائه کرد:

در واقع سالها قبل از کشف هابل در مورد انبساط فضا، فريدمان دقيقاً کشفيات او را پيش بيني کرده بود. معادله ي" فريدمان" معادله ي اصلي کيهان شناخت نيوتني است و بدون تغيير در نظريه نسبيت عام نيز صادق است. اينشتين بر همه نتايج به دست آمده توسط فريدمان اعتراض کرد و مقاله اي نيز در اين باب انتشار داد. سپس حقايق را در فرضيه فريدمان ديد و با شجاعت کم نظيري طي نامه اي که براي سردبير مجله آلماني فرستاد به اشتباه خود در محاسباتش اعتراف کرد.

بيشتر مشکلات نسبيت ناشي از خواصي است که که به علت وجود ماده براي فضا قايل مي شوند. که در آن هندسه جاي فيزيک را مي گيرد. زماني پوانکاره گفته بود که اگر مشاهدات ما نشان دهد که فضا نااقليدسي است، فيزيکدانان مي توانند فضاي اقليدسي را قبول کرده و نيروهاي جديدي وارد نظريه هاي خود کنند. اما نسبيت چنين نکرد و ماهيت پديده هاي فيزيکي را به دست فراموشي سپرد. هرچند پديده هاي فيزيکي را بدون ابزار محاسباتي، اعم از جبري و هندسي نمي توان توجيه کرد، اما فيزيک نه هندسه است و نه جبر، فيزيک، فيزيک است وبس!!!

3- مشکل گرانش نيوتني در نسبيت همچنان باقي است

در نسبيت فضا- زمان داراي انحناست. هرچه ماده بيشتر و چگالتر باشد، انحناي فضا بيشتر است. سئوال اين است که اين انحناي فضا تا کجا مي انجامد؟ در نسبيت انحناي فضا مي تواند چنان تابيده شود که حجم به صفر برسد. براي آنکه ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد که حجم به صفر برسد، بايد جرم به سمت بي نهايت ميل کند. يعني نسبيت نتوانست مشکل قانون گرانش را در مورد تراکم ماده در فضا حل کند، علاوه بر آن بر مشکل افزود. زيرا قانون نيوتن مي پذيرد که ماده تا بي نهايت مي تواند متمرکز شود، اما حجم صفر با آن سازگار نيست. اما نسبيت علاوه بر آن که مي پذيرد ماده مي تواند تا بي نهايت متراکم شود، پيشگويي مي کند که حجم آن نيز به صفر مي رسد.]

اين بحث را سخنان هاوکينگ ادامه مي دهيم.

نظريه‌ها

نظريه نسبيت عام اينشتين نظريه‌اي در باره جرم هاي بزرگ مثل ستارگان و کهکشان هاست که براي توضيح گرانش در اين سطوح بسيار خوب است.مكانيك كوانتومي نظريه‌اي است كه نيروهاي طبيعت رامانند 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 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 آنعمل مي‌كنيم، مانند پيام ذرات در نظر بگيريم. يك راه ديگر بازنگري نسبيت عام انيشتين در پرتو نظريه عدم قطعيت است.

اما اگر نيروي گرانش را مانند پيام بين ذرات در نظر بگيريم، با مشكلاتي مواجه مي‌شويم.

اگر نيروي گرانش را تبادل گراويتونها (پيام‌رسان‌هاي گرانش) که 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 حل اين مسئله از نظر رياضي بغرنج مي‌شود. چون 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 نظريه ها ظاهر شوند تئوريسين‌ها به روشي كه آن را ريترماليزيشنيا بازبهنجارش مي نامند، متوسل مي شوند.

"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 اينروش 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 است. بي‌نهايت‌ها در مورد نيروي گرانش از جهتي بدتر از بي‌نهايت‌هاي نيرويالكترومغناطيسي هستند و حذفشان ممكن نيست.

راه ديگر

از طرف ديگر اگر مکانيک كوانتومي را براي مطالعه اجسام بسيار بزرگ در قلمرويي كه گرانش فرمانرواي بي‌چون و چرا است بکار بريم 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 نمي توان با دقت مكان و سرعت يك ذره را همزمان اندازه گرفت. آيا اين بازنگري موجب تفاوت زيادي خواهد شد؟

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

فضاي خالي، خالي نيست

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 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

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

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

ترکيب اين دو ايده ما را به اين نتيجه مي رساند که کل جهان مي بايستي در يک توپ کوچک پيچيده شده باشد. چنين چيزي روي نداده است.

بدين‌سان موقعي كه از نظريه‌هاي نسبيت عام و مكانيك كوانتومي توامان استفاده مي شود، پشگويي آنها اشتباه محض است.

علاوه بر هاوکينگ فيزيکدانان بسياري براي ترکيب دو نظريه نسبيت عام و مکانيک کوانتوم تلاش کردند و در اين زمينه نظريه هاي مختلفي مطرح شد که مهمترين آنها نظريه ريسمانها است. در نظريه ريسمانها نگرش به ذرت شبيه سيمهاي گيتار است که تحت کشش هاي مختلف، نتهاي متفاوتي را توليد مي کنند.

اگر تئوري ريسمان، تئوري گرانش کوانتومباشد، پس متوسط اندازه ريسمان بايد چيزي نزديک به مقياس گرانش کوانتوم باشد که طول پلانک ناميده مي‌شود.

ريسمان چيست؟

رشته سيمهاي گيتار را تصور کنيد کهبا کشيده شدن در طول گيتار کوک شده‌اند؛بسته به آنکه سيمها چقدر کشيده شوندو تحت فشار قرار گيرند، نت‌هاي موسيقي مختلفيبوسيله آنها ايجاد مي‌شود. مي‌توانيم اين نت‌هاي موسيقي را "حالتهاي برانگيخته" سيمهايگيتار تحت کشش بناميم. به طور مشابه در تئوري ريسمان ذرات بنيادين که در شتابدهنده‌ها مشاهده مي‌شوند رامي‌توانيم نت‌هاي موسيقي ويا همان "حالتهاي برانگيخته" فرض کنيم. شکل زير

در تئوري ريسمان همانند نواختن گيتار، ريسمانها بايد تحت کشش قرار بگيرند تا برانگيخته شوند.

 

کشش ريسمان

اگرچه ريسمانها در تئوري ريسمان در فضا- زمان شناور هستند و مانند گيتار مقيد نيستند، وليکن با اين حال آنها کشش دارند، کشش ريسمان در تئوري ريسمان با کميت

شناخته مي‌شود و در آنα´ با مربع مقياس طول ريسمان متناسب است.

اگر تئوري ريسمان تئوري گرانش کوانتوم باشد، پس متوسط اندازه ريسمان بايد چيزي نزديک به مقياس طول گرانش کوانتوم باشد که طول پلانک ناميده مي‌شود و حدود ده بتوان منهاي سي و سه سانتيمتر مي‌باشد.

L_p=10^-33 cm

متاسفانه اين بدان معناست که ريسمانها به حدي براي ديدن با تکنولوژي فعلي فيزيک ذرات کوچک هستند که فيزيکدانان مجبور به ابداع روشهاي جديدي براي آزمايش تئوري شدند.

ابر تقارن

تئوري در ابتدا فقط براي بوزون‌ها بود،به منظور اينکه فرميون‌ها هم وارد تئوري ريسمان شوند بايد يک نوع بخصوص از تقارني به نام ابرتقارنوجود مي‌داشت که به واسطه آن براي هر بوزون،يک فرميون متناظر وجود داشته باشد. پس ابرتقارن، ذرات حامل نيرو و ذراتي که ماده را مي‌سازند به هم مربوط مي‌کند.

نتايج ابرتقارن در آزمايشات ذرات مشاهده نشده‌اند اما نظريه پردازان معتقد هستند که ذرات ابرتقارن بزرگتر و سنگين‌تر از آن هستند که در شتابدهنده‌هاي فعلي بتوان آنها را مشاهده کرد. ايجاد شتابدهنده‌هاي قوي‌تر در انرژي بالا در دهه آينده مي‌تواند شواهد لازم براي ابرتقارن در اختيار ما قرار دهند

بهنجارش

مهم نبود که هر کس چقدر تلاش مي‌کرد،به نظر مي‌رسيد گرانش به هيچ وجه به نظريه‌اي قابل بهنجارش تبديل نمي‌شود؛يک مشکل بزرگ اين بود که امواج گرانش کلاسيک که فرض مي‌شد ذره حامل آن گراويتوناست، داراي اسپين 2 بودند و براي اسپين دو عبارت 4j-8+D مساويD مي‌شد و برايD=4انتگرال بينهايت مي‌شد،مثل توان چهارم ممنتوم وقتي که ممنتوم به سمت بينهايت ميل مي‌کند. و اين براي فيزيکدانان غيرقابل هضم بود و سالها تلاش آنها در راه رسيدن به «گرانش کوانتوم» ناکام ماند. در اينجا بود که تئوري ريسمان وارد شد تا اين خلا را پر کند. تئوري ريسمان در اصل براي توصيف روابط ميان جرم و اسپين هادرون‌ها پيشنهاد شده ‌بود. در تئوري ريسمان، ذرات از برآشفتگي ريسمان‌هايبسيار ريزي بوجود مي‌آمدند، يک ذره که از اين برآشفتگي‌ها بر مي‌خواست، ذره‌اي بود با جرم صفر و دو واحد اسپين. موفقيتي که تئوري ريسمان داشت اين بودکه در مدل دياگرامهاي فاينمن، دياگرامها به سطوح صاف دو بعدي تبديل مي‌شدندو انتگرالهاي رويسطح ديگر مشکل فاصله صفر را نداشتند.

 

 

تئوري ريسمان و تئوري گرانش کوانتوم

در 1974 نهايتا اين سوال مطرح شد که آيا تئوري ريسمان مي‌تواند تئوري گرانشکوانتوم باشد؟

در تئوري ريسمان، ممنتوم بينهايت به معناي فاصله صفر نبود، زيرا در اين تئوري رابطه بين ممنتوم و فاصله به قرار زير بود

داشت، کميتي بنيادين بر اساس رابطه به تنش ريسمان‌ها بستگي a کميت

 

رابطه بالا به طور غيرمستقيم بيان مي‌کند که کمترين طول قابل مشاهده براي تئوري ريسمان به صورت زير است

تار ذره در فاصله صفر که در تئوري ميدان کوانتوم بسيار مشکل‌ساز بود، در تئوري ريسمان بسيار بي‌اهميت شد و همين باعث شدکه تئوريريسمان نامزد تئوري گرانش کوانتوم شود. اگر تئوري ريسمان، تئوري گرانش کوانتوم باشد، مقدار طول مينيموم بايد حداقل اندازه طول پلانک باشدکه از ترکيب ثابت پلانک و ثابت گرانشنيوتون و سرعت نور بدست مي‌آيد.

لازم به ذکر است که مساله مقياس طول در تئوري ريسمان به خاطر دوگانگي ريسمان‌هاپيچيده و مشکل شد.

يک تصوير نو از تئوري ريسمان

متخصص هاي نظريه ي ريسمان بر اين باور هستند که پنج تئوري ابر ريسمان وجود دارد:

IIB نوع

IIA نوع

I نوع

و دو حالت تئوري ريسمان اکتشافي يا هترو تيک که عبارتند از:

heterotic SO(32)

heterotic E8×E8

تفکر اين است که از بين اين پنج نماينده براي تئوري ريسمان تنها يک تئوري درست است " يک تئوري براي همه چيز " و مي گفت که فضا – زمان ده بعدي در چهار بعد که امروزه توسط دانشمندان تأييد شده است فشرده شده است.

اما امروزه مي دانيم که اين تصوير ساده چندان درست هم نيست و اين پنج تئوري ابر ريسمان به يکديگر متصل هستند. همچون يک تئوري خاص و پايه اي. اين تئوري ها به دگرگوني وابسته اند که به آن دوگاني مي گوئيم. اگر دو تئوري با دوگاني دگرگوني وابسته اند، اين بدان معنا است که اولين تئوري مي تواند در برخي از راه ها دگرگون شده باشد. به اين دو تئوري دوگانه براي يکديگر گفته مي شود.

ريسمان ها و گرانش

اگر تئوري ريسمان همان تئوري گرانش است، چطور مي توانيم آن را با تئوري گرانش اينشتين مقايسه کنيم ؛ چه رابطه اي بين هندسه ي فضا – زمان و تئوري ريسمان وجود دارد؟

ساده ترين نوع براي تصور سفر يک ريسمان در فضا – زمان تخت d بعدي به معناي سفر از يک سوي فضا به سوي ديگر آن است. در صورتي که صداي تيک تيک زمان به گوش مي رسد . يک ريسمان يک جسم يک بعدي است ، اين بدان معنا است که اگر بخواهيم در طول يک ريسمان سفر کني فقط مي تواني به جلو و عقب روي و اين امکان وجود ندارد که به يک سو يا بالا و يا پائين برويم. يک ريسمان مي تواند به يک سو مثلا" بالا و پائين در فضا – زمان حرکت کند. اگر چه يک ريسمان همچنين مي تواند گردادگرد فضا – زمان حرکت کند. آنها در يک سطح از فضا زمان کشيده مي شوند و همانند جارويي عمل مي کنند که به آن ريسمان ورد شيت Worldsheet مي گويند. اين کلمه معادلي صريحي در فارسي ندارد ولي اگر بخواهيم معادلي براي آن بيابيم مي توانيم بگوئيم صفحه يا ورقه جهاني ) که در واقع دو بعد از سطح و يک بعد از فضا و يک بعد از زمان است.

ريسمان ورد شيت يک کليد براي تمام فيزيک ريسمان ها است. يک ريسمان نوسان مي کند و از ميان چهار بعد فضا – زمان سفر مي کند. اين نوسان ها مي توانند در دو بعد ريسمان ورد شيت نمايان گر شوند که همچون منظره ي اين نوسان ها در دو بعد در تئوري کوانتوم گرانشي است. در واقع بايد اين نوسان هاي ايجاد شده با مکانيک کوانتوم و تئوري نسبيت خاص هماهنگ باشند. تعداد ابعاد فضا - زماني در تئوري ريسمان براي نيروها که همان تئوري بوزونيک است به 26 تا محدود مي شود و 10 بعد از آن در تئوري بوزونيک ، فرميونيک که همان ابر ريسمان است مشترک است.

بنابراين گرانش از کجا مي آيد؟

اگر ريسمان ها در فضا - زماني که توسط ريسمان هاي ديگر محصور است سفر کنند، سپس طيف نوسان يک ذره با اسپين 2 و جرم صفر را شامل مي شود، در اين صورت، ذره گراويتون خواهد بود که حامل نيروي گرانشي است .

جايي که گراويتون وجود دارد بايد گرانش نيز وجود داشته باشد. گرانش در کجاي تئوري ريسمان جاي دارد؟

 

ريسمان ها و هندسه فضا – زمان

هندسه فضا زمان که ما به آن گرانش مي گوئيم به معادلات آلبرت اينشتن بستگي دارد که در آن خميدگي فضا – زمان به توزيع ماده و انرژي در آن بستگي دارد. اما معادلات اينشتين در تئوري ريسمان چگونه مطرح شده اند؟

اگر يک ريسمان در فضا – زمان خميده به سفر بپردازد، سپس ريسمان هم با اين خميدگي متناسب مي شود همچون يک ريسمان تکثير يافته. و اين سازگار با مکانيک کوانتوم و معدلات اينشتين در مورد خميده شدن فضا – زمان است. حال اين امري واقعي است! اين نتيجه اي متقاعد کنند براي مطرح کنندگان تئوري ريسمان بود. تئوري ريسمان فضا – زمان خميده گرانش را پيش بيني نمي کند، اما مي گويد که معادلات اينشتن از فضا – زمان خميده در تکثير ريسمان ها اطاعت مي کنند.

 

آيا فضا – زمان بنيادي است؟

رابطه ي پيچيده اي بين تئوري ريسمان و فضا – زمان وجود دارد. تئوري ريسمان از معادلات اينشتين به طور کامل اطاعت نمي کند. در تئوري ريسمان سري هاي زيادي براي اصلاح تئوري گرانش وجود دارد. در شرايط پائين تر از نرمال اگر ما فقط به مقياس بزرگتر از ريسمان ها نگاه کنيم اين فواصل قابل ملاحضه نيست. اما اگر مقياس فاصله اي کم باشد اين اصلاح ها بزرگتر مي شوند تا از معادلات اينشتين براي توصيف نتيجه بزرگتر نشوند.

در حقيقت زماني که سطح اين اصلاحات بزرگتر شود هندسه فضا – زماني براي تضمين توصيف نتيجه وجود ندارد. در واقع معادلات براي محاسبه ي فضا – زمان غير ممکن مي شود. اما چيزي که در اين تئوري در فاصله هاي زياد نمايان گر مي شود پيوندي ضعيف است. اين عقيده اي با درگيري هاي بزرگ فلسفي است.

فاصله هاي کم و زياد

تقارن دوگانه که استعداد هاي پيچيده و مبهمي براي تشخيص مقياس فاصله هاي زياد و کم مي خواهد دو گانگي تي"T – duality "خوانده مي شود و از حدود ابعاد اضافه در تئوري ابر ريسمان است مي آيد.

فرض کنيد ما در فضا – زمان 10 بعدي هستيم که 9 بعد فضايي و يک بعد زماني دارد. گرفتن يکي از اين نه بعد فضايي دايره اي به شعاع R مي سازد . که براي فاصله گرفته مي شود. شما در دور اين دايره حرکت مي کنيد و به جايي که از آنجا حرکت خود را آغاز کرده ايد باز مي گرديد. يک ذره که دور اين دايره به سفر مي پردازد داراي مقدار حرکتي خواهد بود که گرداگرد اين دايره است که به مجموع انرژي ذره کمک مي کند. اما موضوع در رابطه با يک ريسمان کاملا" تفاوت دارد. زيرا در سفر، ريسمان مي تواند دور دايره را خميده کند. عدد زماني پيچيدن اين ريسمان به دور دايره عدد پيچ در پيچ خوانده مي شود.

 

ذرات بنيادي و مدل استاندارد

شيمي را مي توان با سه ذره بنياديپروتون، نوترون و الکترون و نيروي الکترومغناطيس فهميدو مباحث مختلف آن را توضيح داد. فيزيک هسته اي رامي توان با چهار ذره بنياديپروتون، نوترون، الکترون و نوترينو- الکترون ونيروهاي هسته اي قوي، هسته اي ضعيف و الکترومغناطيس فهميد و تشريح کرد. در عين حال بايد توجه داشت که مکانيک کوانتوم نظريه ي ساده اي نيست،زيرا رفتار ذرات مانند رفتار اجسام بزرگ نيست. ما براي شناسايي رفتار ذرات در مکانيک کوانتوم، به يک بينش جديد نياز داريم.

براي شکل دادن به پايه بينش خود در مکانيک کوانتوم،بايد به خصوصياتاتمها، ملکولها و ساير ذرات زير اتمي توجه کنيم. اين ذرات به سادگي و به سرعت از مکاني به مکان ديگر حرکت مي کنند. اين امر پايه اصل عدمقطعيت هايزنبرگ را تشکيل مي دهد به طوريکه همواره رابطه زير بين اندازه حرکت، مکان و ثابت پلانک بر قرار است :

مدت زيادياين طور تصور مي شدكه پروتونها و نو ترونها ذرات بنيادي هستندو بنابراين گمان مي رفت مثل الكترون ديگر قابل تقسيم نبوده و داراييك ساختار داخلي نيستند. اما امروزه مي دانيم كه نوكلئونها يعني پروتونها و نوترونها خود از ذرات كوچكتريساخته شده اند که کوارک ناميده مي شوند.

در دهه هاي اخير فيزيکدانان يک مدل تحت عنوان مدل استانداردارائه کردندتا يک چوب بست نظري براي فهم ذرات بنيادي و نيروهاي طبيعتفراهم آورند. لذا مدل ستانداردشامل دوازده ذره فرميون با سپين نيمه درست که شش تاي آن کوارک و شش تاي ديگر لپتون و چهار ذره بوزون با اسپين يک هستند. و يک هيگز بوزون با اسپين صفر است که هنوز مشاهده نشده است. بسياري از فيزيکدانان اعتقاد دارند بزرگترينچالش فيزيک در قرن بيست و يکم به تحقيقات روي ذرات هيگز مربوط ميشود.

 

 

نتيجه ي منطقي دوگانگي موج - ذره اين است که همه ي ميدانهاي کوانتومي داراي يک ذره ي بنيادي باشندکه با ميدان در آميخته است. اين ذره که با همه ي ميدانها در آميخته و موجب کسب جرم توسط ساير ذرات مي شود ،

ناميده مي شود. "Higgs boson"هيگزبوزون

 

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

 

وارد فيزيک شد. هگز اولين بار در سال 1960 توسط پتر هگزکلمه

ايده اساسي چنين است که تمام ذراتي که با يکديگرکنش دارند،کنش آنها توسط يک ميدان اعمال مي شود که توسط ذره هيگز بوزون حمل مي شوند. لذا جدول بوزونها را بصورت زير تدوين کرده اند.

مهمترين ذره در اين مدل، يک ذره ي فرضي موجود در همه ي ميدانهاي کوانتومي است که نشان مي دهد ساير ذرات چگونه جرم به دست مي آورند. اين ميدان، ميدان هيگز" Higgs field" خوانده مي شود.

چرا نظريه ريسمانها مطرح شد؟

مدل استاندارد كالبد نظريه ميدان كوانتومي را طراحي مي كندكه ابزاري به دست مي دهد تا نظريه ها را طوري بسازيم كه شاملمكانيك كوانتوم و نسبيت خاص نيز باشند. با اين ابزارها، نظريه ها طوري طرح ريزي مي شوند كه موفقيت بزرگي براي توضيح چهار كنش (نيروي) شناختهشده در طبيعت را داشته باشند. به علاوه يك موفقيت بزرگ براي يكسان سازي بين نيروي هاي الكترومغناطيس و هسته اي ضعيفبه دست آمده كهالكتروويك ناميده مي شود و نظريها را به سوي كنش هسته اي قوي سوق مي دهد.

اما متاسفانه چهارمين كنش، يعني گرانش كه به طور زيبايي در نسبيت عام اينشتين تشريح شدهدر اين طرح ديده نمي شود و همه ي تلاشها براي به دست آوردن نسبيت عام از نظريه ميدان كوانتومي بيهوده بوده است. به عنوان مثال نيروي بين دو گراويتونبي نهايت مي شود و ما نمي دانيم چگونه اين بي نهايت را مي توان توجيه كرد. در نظريه ريسمانها تعداد بيشماري انواع ذرات با يك سنگ بناياساسي يعني "ريسمان" جايگزين مي شود. اين ريسمانها مي توانند شبيه حلقه به يكديگر بسته شوند يا نظير مو باز شوند. همچنانكه ريسمان در زمان حركت مي كند، يك لوله يا صفحه را ترسيم مي كند و با توجه به شرايط باز يا بسته مي شود.

بعلاوه ريسمان آزاد است كه نوسان كند و نوسانات مختلف ريسمانها، ذرات مختلف را به نمايش مي گذارد. از اين رو جرم هاي مختلف يا اسپينمختلف را ترسيم مي كند. نكته اينجا است كه ما مي توانيم كنش دو گراويتون را در نظريه ريسمانها احساس كنيم. و اين چيزي است كه نظريه ميدان گرانشي توان آن را ندارد.

چرا نظريه سي. پي. اچ. مطرح شد؟

جمع بندي مطالب بالا نشان مي دهد:

نسبيت عام بايد با مکانيک کوانتوم ترکيب شود تا مشکلات موجود در فيزيک نظري بر طرف گردد. طبق نسبيت عام مسير نور در ميدان گرانشي خميده است که آن را تحت عنوان فضا - زمانمطرح مي کنند. مکانيک کوانتوم به ويژگيها و رفتار ذرات زير اتمي مي پردازد و با کوانتومها يا کميتهاي گسسته سروکار دارد. در حاليکه در نسبيت عام فضا - زمان پيوستهاست.

بايد ارتباط بين فرميونها و بوزونها توضيح داده شود. هيگز بوزون بايد توضيح داده شود، يعني اينکه ذراتذرات چگونه جرم به دست مي آورند؟

با توجه به رابطه جرم - انرژي مي دانيم هرگاه ذره اي در يک ميدان شتاب بگيرد،انرژي و در نتيجه جرم آن افزايش مي يابد. بنابراين مسئله اين است که اين پديده يعني افزايش جرم را چگونه مي توان توجيه کرد؟

سئوال اساسي اين است که آيا حقيقتاً بوزون و فرميون دو موجود کاملاً متفاوت ازيکديگرند؟

در نظريه ريسمانها، ريسمان به عنوان يک بستهفوق العاده کوچک انرژي تلقي مي شود که با پيوستن آنها به يکديگر و با ارتعاشات مختلف آنها ساير ذرات نمود پيدا مي کنند. در نظريه هيگر به دنبال ذره اي هستند که موجب ايجاد يا افزايش جرم مي شود. اگراين مسئله ي هيگز بوزون را با دقت بيشتري بررسي کنيم مي توانيم به نتايج جالبتوجه تري برسيم.

اجازه دهيد تصورات خود را از بوزون و فرميون يابه عبارت ديگر از جرم - انرژي و نيرو تغيير دهيم. در فيزيک مدرن جرم و انرژي دو تلقي مختلف از يک کميت واحد هستند. جرم هر ذره را مي توان با محتويات انرژي آن اندازه گرفت و همچنين انرژي يک ذره رامي توان با جرم آن هم ارزدانست. لذا در فيزيک معاصر ما با دو کميت بيشتر سروکار نداريم، انرژي و نيرو.

اگر رابطه ي نيرو و انرژي را با ديد متفاوتي موردبحث قرار دهيم،مي توانيم به نتايج جالب توجهي برسيم. نيرو به عنوان انرژي در واحد طول مطرح مي شود که براي آن رابطه ي زير داده شدهاست

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

در رابطه ي بالا انرزِي و فاصله تغيير مي کنند،اما نيرو ثابت است. اگر نيرو يعني Fيک کميت ثابت و تغيير ناپذير است، پس چگونه مي توان هيگز بوزون را توجيه کرد؟يعني واقعاًتوجيهکاهش يا افزايش جرم چگونه امکان پذيراست؟

متاسفانه اين ديدگاه از مکانيک کلاسيک به نسبيت تسري يافت و هيچگونه بحثي در اين زمينه مطرح نشداگر بخواهيم با همان نگرشکلاسيکي در مورد نيرو، مشکلات فيزيک و ناسازگاري نسبيت و مکانيک کوانتومرا بر طرف سازيم، راه به جايي نخواهيم برد،همچنانکه تا بهحال نيز اين چنين بوده است.

اشکال بعدي که مانع رسيدن به يک نتيجه ي قابل توجهمي شود اين استبه مشکلات فيزيک به گونه اي پراکنده برخورد مي شود. تحقيقات رويهيگز بوزون مسير خود را مي پيمايد، مکانيک کوانتوم مي خواهد مشکلات فيزيک را در چاچوب قوانين کوانتومي حل کند، و مهمتراز همه اينکه مکانيک کلاسيک تقريباً به فراموشي سپرده شده است. همه اينها هر کدام نگرشي خاص به جهان دارند و عموميت ندارند. ترکيب مکانيک کوانتوم و نسبيت زماني امکان پذير استکه نگرش هگز بوزون همراه با مکانيک کلاسيک نيز در اين ترکيب منظور گردد. در مورد قضيه کار انرژي

برخوردي دوگانه وجود دارد. قسمت کار آن را با مکانيک کلاسيک مد نظر قرار مي دهند و کار را کميتي پيوسته در نظرمي گيرند،در حاليکه باانرژي برخوردي کوانتومي دارند. در واقع بايستي هر دو طرف رابطه را با ديد کوانتومي در نظر گرفت. اگر اين موارد را بکار بنديم مشکل ارتباط فرميونها و بوزونها نيز بر طرف خواهد شد.

اگر بپذيريم که کار کوانتومي است، الزاماً به اين نتيجه خواهيمرسيد که نيرو بطور کلي و از جمله گرانشنيز کوانتومي است. مفهوم صريح و درعين حال ساده آن اين است که فضا - زمان کوانتومي است. با نگرش کوانتومي به گرانش يا به تعبير نسبيت فضا - زمان،مکانيک کوانتوم و نسبيت با يکديگر ترکيب خواهند شد. اما اين روش ترکيب نبايستي به روش هاي قبل صورت گيرد، بلکه بايستي به اساس واقعيت هاي تجربي توجه گردد و بر مبناي اين واقعيت هاي تجربي بايد ديدگاه خود را تغيير دهيم. زيرا همچنانکه فاينمن مي گويد" اگر همواره مانند گذشته بينديشيد،هميشه همان چيزهايي را به‌دست مي‌آوريد كه تا بحال كسبكرده‌ايد. "

انديشه هاي نوين

براي دست يابي به انديشه هاي نوين راه هاي مختلفي وجود دارد که نتايج متفاوتي خواهند داشت. اما چون بحث ما در زمينه ي فيزيک است و فيزيک يک دانش تجربي است، بنابراين بايد انديشه هاي نوين ما به گونه اي باشد که نظريه هاي قديمي را تعميم دهد. لذا براي رسيدن به يک انديشه ي نوين بايد شوهد تجربي را از ديدي متفاوت مورد بررسي قرار دهيم.

نظريه هاي مورد استناد مکانيک کلاسيک، مکانيک کوانتوم، نسبيت و نظريه هيگز بوزون است. هرچند هر کدام از اين نظريه ها داراي محدوديت خود هستند، اما بايد تلاش کنيم نگرش نوين طوري باشد که زمينه ي طرح يک نظريه ي جديد را فراهم آورد. چنين نظريه اي الزاماً بايستي بتواند نظريه هاي قديمي (مکانيک کلاسيک، مکانيک کوانتوم، نسبيت و نظريه هيگز بوزون) را به عنوان حالتي خاص پوشش دهد.

چه بايد کرد؟

1- مشاهدات تجربي نشان مي دهد که قانون جهاني گرانش نيوتن (يا حجم صفر نسبيت) بايد مجدداً مورد بررسي قرار گيرد.

2- قانون دوم نيوتن نياز به برسي مجدد دارد، اما نه به گونه که افزايش جرم (انرژي) را تا بي نهايت بپذيرد. جرم-انرژي بينهايت در نسبيت مانند سرعت بي نهايت در مکانيک نيوتني غير واقعي و با مشاهدات تجربي ناسازگار است.

3- ساختار هندسي فضا تابع چگالي ماده است که از نيروي گرانش آن ايجاد مي شود. به عبارت ديگر اين نيروي گرانش است که ساختار هندسي فضا را شکل مي دهد، نه شکل هندسي فضا موجب ايجاد پديده اي مي شود که ما آن را گرانش مي ناميم. در واقع گرانش نه تنها يک نيروي اساسي است، بلکه منشاء توليد انرژي است.

4- در ساختار کلان جهان همان قانوني حاکم است که در کوچکترين واحدهاي کميت هاي طبيعت حاکم است. يعني قوانين جهان ميکروسکپي را مي توان به جهان ماکروسکپي تعميم داد.

5- براي نگرش مکانيک کوانتوم به گراويتون بايد تعميم، در واقع مشاهدات تجربي نشان مي دهد که گراويتون علاوه بر اينکه نيروي گرانش را حمل مي کند، خواصي از خود بروز مي دهد که بايستي اين خواص را در حوزه ي بار الکتريکي و ميدانهاي مغناطيسي مورد توجه و بررسي مجدد قرار داد.

6- نظريه هيگز بوزون را بايد با ديدگاه هاي نسبيتي (انتقال به سرخ و آبي گرانش و جرم نسبيتي) ترکيب کرد تا به نتايج جديدي دست يافت.

تمام اين موارد و موارد ديگري موجب شد تا نظريه ي سي. پي. اچ. تدوين و ارائه گردد که موضوع بحث فصل بعدي است.

سایت گوگل www.google.com

 

پايه های منطقی نظريه سی.پی.اچ

مقدمه

جهان بيني علمي در فيزيک نظري با كارهاي گاليله آغاز شد. هرچند كه تلاشهاي گاليله زيربناي فيزيك کلاسيک را تشكيل داد، اما اين تلاشها ريشه در نگرشهاي جديد به پديده هاي فيزيکي داشت كه مهمترين آنها را مي توان در آثار برونو و کپلر مشاهده كرد. برونو به طرز ماهرانه اي در آثار خود تشريح کرد كه همه ي ستارگان جهان نظير خورشيد هستند. کپلر با ارائه سه قانون خود نشان داد كه حرکت سيارات قانونمند است و يک نظم منطقي در حرکت، دوره تناوب و مسير آنها وجود دارد.

گاليله آزمايشهاي زيادي انجام داد تا بتواند حرکت اجسام را در يك سري قوانين کلي خلاصه کند. در اين ميان آزمايش سطح شيبدار گاليله از همه مشهورتر است. اما نمي توان تاثير نگرش گاليله را در پيشرفت علم به اين آزمايشها خلاصه کرد. در حقيقت گاليله نوعي نگرش منطقي به پديده هاي فيزيکي داشت كه تا آن زمان بي سابقه بود. اين نگرش زيربناي روش استقرايي را در فيزيک تشكيل داد و بتدريج به ساير علوم گسترش يافت.

هرچند آزمايشهاي گاليله از نظر کمي و كيفي با آزمايشهاي امروزي قابل مقايسه نيست، اما آزمايشهاي بسيار پيچيده و پيشرفته امروزي نيز از همان قاعده ي نگرش استقرايي گاليله پيروي مي کنند. به اين ترتيب گاليله زير ساخت فيزيك را ايجاد کرد و نحوه ي برخورد علمي با طبيعت را نشان داد. اما نتيجه ي اين تلاشها به صورت تشريحي بيان مي شد.

سالها بعد نيوتن نتايج به دست آمده توسط گاليله را فرمول بندي و در قالب يك سري معادلات رياضي ارائه کرد و ساختار فيزيک كلاسيك را مدون ساخت. قانون جهاني گرانش نيوتن دست آورد بزرگي بود. نيوتن براي توجيه پديده هاي فيزيکي " نگرش ديفرانسيلي