- شروع کننده موضوع
- #1
alireza.r
کاربر حرفه‌ای
- ارسال‌ها
- 338
- امتیاز
- 225
- نام مرکز سمپاد
- شهید بهشتی بابل
- شهر
- بابل
- رشته دانشگاه
- ریاض-فیزیک
هفت شگفتي عظيم در جهان فيزيك 
X-( X-(
۱) جهان هستي چگونه برپاست؟
ما به جايي رسيده‌ايم كه كه بدون حل كردن برخي از مشكلات و مسايل فيزيك، نمي‌توانيم در مورد حقايق و پديده‌هاي جالب و شگفت‌انگيز ديگر فيزيكي، اطلاعات بيشتري كسب كنيم. براي درك مفاهيمي مثل خاستگاه و بنياد جهان هستي، سرنوشت نهايي سياهچاله‌هاي فضايي يا امكان سفر در زمان، نياز داريم كه بدانيم جهان هستي چگونه ادامه‌ي حيات مي‌دهد.
هم‌اكنون يك ايده‌ي خوب در ذهن ما هست كه مي‌تواند منتج به كشف حقيقت و بنياد هستي شود. علم فيزيك در قرن بيستم بر پايه‌ي انقلابهاي دوگانه‌ي مكانيك كوانتومي (تئوري ماهيت جسم) و نظريه‌ي معروف اينشتين در مورد فضا، زمان و جاذبه معروف به نسبيت، بنا شده است. اما وقتي شما به دو تعريف نهايي از واقعيت دست پيدا مي‌كنيد زماني كه تنها يك واقعيت را موجود مي‌بينيد، اين راضي‌كننده نيست.
تلاش براي يگانه‌سازي اين دو تئوري، موانع تكنيكي فني و مفهومي وحشتناكي را بر سر راه بهترين نظريه‌پردازان فيزيك در طول دهه‌هاي گذشته قرار داده و آنان را به چالش كشيده است. براي مثال از آنجايي كه جاذبه، خودش را به عنوان يك عامل ايجاد انحراف در فضاي چهاربعدي زمان-مكان معرفي مي‌كند، پذيرش نظريه‌ي كوانتومي در مورد جاذبه ايجاد مشكل مي‌كند. از يك جهت، اين به معناي پذيرش شك و ترديد هايزن‌برگ در مورد فرضيات موجود راجع به زمان – مكان به شكل في‌نفسه است كه قطعاً مشكل‌ساز خواهد بود.
اما ممكن است اين ترديدها، يك معناي ديگر هم داشته باشند و آن به معناي وجود يك مشكل در رابطه با گرايش و رويكرد ما نسبت به قضيه است. شايد ما نبايد مفهوم جاذبه را به تنهايي بررسي كنيم. اكثر تلاشهايي كه براي يكسان‌سازي نظريات موجود در مورد جاذبه انجام شدند، خود منجر به اين گشتند كه تعريف كيفيت و كميت جاذبه، وارد يك بحث و ميدان جديد شود كه به ناچار همه‌ي نيروهاي طبيعت مانند همه‌ي اجزاي زيراتمي را به يك چارچوب تئوريك محدود مي‌كند. اين ايده‌يي است كه برخي از فيزيكدانها آن را "تئوري همه‌چيز" مي‌خوانند.
نظريه‌ي جديدي كه در حال حاضر مطرح مي‌شود، نظريه‌ي "فرا-رشته‌يي" است كه به وجود حلقه‌هاي كوچك و ريز رشته‌يي اتمي به عنوان سازنده‌ي همه‌ي مواد حكم مي‌دهد. فرضيه‌ي ديگري كه وجود دارد و به تئوري ام مشهور است هنوز كمي پيچيده و مبهم به نظر مي‌رسد و مي‌تواند به عنوان لايه‌يي كه در ابعاد وسيعتر فضايي حركت دارد، تصوير شد. اما مرحله و روند پيشرفت در اين نظريه‌ها در بهترين حالت، اينگونه جمع‌بندي مي‌شود كه هيچ كس دقيقاً به ياد نمي‌آورد وجود حرف "M” در نظريه‌ي ام، دقيقاً به چه دليلي است و چه واژه‌يي را تداعي مي‌كند. راه درازي در پيش است...
۲) آيا "ضدجاذبه"ي اينشتين واقعاً يك اشتباه بود؟
اينشتين، ضدجاذبه را بزرگترين اشتباه خود مي‌شمارد. اما به نظر مي‌رسد كه او با اضافه كردن يك نظريه‌ي ضدجاذبه به فرضيه‌ي نسبيت خود كه آن را شرط فلسفه‌ي انتظام گيتي مي‌خوانند، كار درستي انجام داده است.
اين شرط اضافه در فرضيه‌ي نسبيت، به فضا يك خاصيت تدافعي نسبت مي‌دهد به اين معنا كه فضا خودش را دفع مي‌كند، گسترده‌تر مي‌شود و هرچه سريعتر اين روند افزايش گستردگي ادامه مي‌يابد. اينشتين اين عامل به ظاهر بي‌ارزش را اضافه كرد چرا كه تصور مي‌شد جهان هستي ثابت است و بي‌حركت. در نتيجه نياز بود تا نيرويي وجود داشته باشد و قدرت كشش جاذبه‌يي زمين را بالانس و دچار تعادل كند كه مواد موجود بر روي زمين، كوچك و كوچكتر نشوند.
اما در دهه‌ي ۱۹۲۰، ادوين هابل كشف كرد كه جهان هستي خود به خود در حال گسترش و افزايش است. در نتيجه اينشتين نيز نظريه‌ي "تعادل انتظامي گيتي" را به دليل ترس، پس گرفت!
اما به نظر مي‌رسد اين ايده نبايد محو شود. نظريه‌ي كوانتومي ميدانها، ثابت مي‌كند كه حتي فضاهاي خالي نيز با انرژي زياد در حال طغيان و جنب و جوش هستند. در واقع همان تاثير جاذبه‌يي g=۱۰ كه نظريه‌ي ضدجاذبه‌ي اينشتين را توصيف مي‌كند. اين نظريه در مورد قدرت دافعه (كه در مقابل جاذبه مطرح مي‌شود) مقداري گنگ و مبهم است اما به آن يك ارزش تخميني مي‌دهد.
تقريباً 10 سال پيش، فضانوردان متوجه شدند كه سرعت گسترش ابعاد جهان هستي در حال افزايش است و در نتيجه نظريات آزمايش خود در مورد نيروي ضدجاذبه را مطرح كردند. در عين ناباوري و سرگرداني فيزيكدانها هم اين فضانوردان، قدرت ضدجاذبه را شامل ۱۲۰ نيرو دانستند كه ۱۰ بار از مقدار پيش‌بيني‌شده‌ي قبلي كوچكتر است.
اين نتيجه، بسيار گمراه‌كننده و عجيب است. اگر تعادل برقرار شده ميان جاذبه و دافعه، مقداري برابر با صفر بود، در نتيجه يكي از قوانين عميق و مهم طبيعي در موردش صدق مي‌كرد اما يك عدد غيرصفر كه تازه با تئوري ابتدايي نيز غيرقابل مقايسه شناخته شده را نمي‌شود تعبير كرد.
براي وخيم‌تر كردن شرايط، كيهان‌شناسان به ايده‌يي علاقه‌مند شدند كه نيروي دافعه‌ي بسيار قوي و بزرگي در اولين مرحله‌ي تفكيك پس از انفجار بزرگ يا Big Bang را مطرح مي‌كند چرا كه اين نظريه، سناريوي جذاب و محبوب مربوط به زمين غيرمسطح و در حال افزايش حجم را تاييد مي‌كند. با توجه به اين تئوري، جهان هستي پس از تولد و شكل‌گيري، با سرعتي غيرقابل باور توسط يك عامل قدرتمند و عظيم، تغيير حجم داد و اين نيرو را قدرت ضدجاذبه يا دافعه ايجاد نمود.
در نتيجه اگر بخواهيم دليل و برهاني بر اين افزايش حجم سريع و روزافزون بيابيم، به نظريه‌يي نياز داريم كه توضيح دهد چرا ضدجاذبه در ابتدا بسيار قوي و شديد بود، سپس با شتاب و سرعت كاهش مقدار پيدا كرد و سپس به مقداري در حوالي صفر رسيد. به عبارت ديگر، ما مي‌خواهيم بدانيم كه چرا نيروي ضدجاذبه، تقريباً در اولين فازهاي شكل‌گيري جهان هستي حذف و محو شد اما به طور كلي از بين نرفت؟
يك احتمال اين است كه نيرو بر اثر گذشت زمان، محو مي‌شود. احتمال ديگر مي‌تواند اين باشد كه نيرو در فضا تغيير مي‌كند و در نتيجه ممكن است از وراي دوربين تلسكوپهاي ما، همه چيز بسيار بزرگتر از آنچه هستند نشان داده شوند. اگر اينگونه است، در نتيجه هر جسمي در آن منطقه، با سرعت در كهكشانها و ستاره‌هاي ديگر پخش و متلاشي مي‌شد و در نتيجه اصلاً هيچ ناظري نمي‌توانست حضور داشته باشد تا نيرو را اندازه بگيرد.
آنچه كه ما نياز داريم، يك تئوري است كه قدرت نيروي دافعه يا ضدجاذبه را به اندازه‌ي بخشي از قدرت همه‌ي نيروهاي موجود در طبيعت براي ما تعريف كند. متاسفانه به نظر نمي‌رسد كه تئوريهاي موجود مثل تئوري فرارشته‌يي يا تئوري "ام"، اين ميزان خاص را مشخص كنند و مقدار كمي كه باقي مي‌ماند هم همچنان ناشناخته و اسرارآميز خواهد بود. در نتيجه بايد دوباره به سوال يك رجوع كنيم!
۳) چرا ما در سه بعد زندگي مي‌كنيم؟
آيا اينكه زمين ما سه بعد دارد، اتفاقي است يا بايد برايش دنبال يك تعبير عميقتر گشت؟ بعضي از تئوريسين‌ها معتقدند كه فضاي به وجودآمده بر اثر انفجار بزرگ، تنها به صورت اتفاقي از سه بعد تشكيل گشت و ممكن است قسمتهاي ديگري از جهان هستي وجود داشته باشند كه ابعادشان متفاوت باشد.
مثلاً هيچ دليل منطقي نمي‌توان يافت براي پاسخ به اين سوال كه چرا مثلاً جهان هستي فقط دو بعد ندارد. چندصد سال پيش، ادوين آبوت اثري به نام "زمين مسطح" نوشت كه در آن جهاني دوبعدي را تصوير كرد. جهاني كه در آن اجسام و موجودات حيات خود را تنها بر روي "سطح" ادامه مي‌دادند. اما فيزيك جهان دوبعدي با فيزيك جهان ما بسيار متفاوت خواهد بود. براي مثال در فضاي دو بعدي، امواج به شفافيت انتشار در فضاي سه بعدي، پخش نمي‌شوند و باعث ايجاد انواع مشكلات در سيگنال‌رساني و انتقال اطلاعات مي‌گردند. و نيز از آنجايي كه زندگي آگاهانه، به فرآيند انتقال درست و صحيح اطلاعات بستگي دارد، در نتيجه اين تفاوتها كافي خواهند بود براي اينكه مشاهدات ما را تنها در حد مناطقي ناشناخته محدود نگاه دارند.
تصور كردن فراتر از سه بعد نيز مشكلات مختلفي به همراه خواهد داشت. در چنين حالتي، سيستمهاي نجومي و سياره‌يي غيرممكن مي‌شوند چرا كه عكس قانون جاذبه يعني قانون قدرتهاي افزايشي به وجود خواهد آمد. در نتيجه به نظر مي‌رسد كه جهان سه بعدي تنها جهاني است كه وجود دارد و فيزيكدانها مي‌توانند درباره‌اش بنويسند. اما نكات ريزي وجود دارد كه باعث مي‌شود اين فرضيه با شك و ترديد همراه باشد.
شايد فضا سه بعدي نيست و تنها اينگونه براي ما نشان داده مي‌شود. شايد فضا ۹ يا ۱۰ بعد دارد و حتي ابعاد بيشتر! برخي از تئوريهايي كه قصد يكپارچه‌سازي نيروهاي طبيعت را دارند مانند فرضيه‌ي فرا-رشته‌يي، امكان وجود تعداد ابعاد بيشتري نسبت به آنچه كه ما مي‌بينيم را رد نمي‌كنند.
دليلشان نيز اين است كه بسياري از معادلاتي كه براي توصيف وضعيت موجود به كار مي‌روند، با در نظر گرفتن تعداد بيشتر ابعاد، نتايج بهتري مي‌دهند! در نتيجه نمي‌توان آن را كاملاً بي‌معني دانست. ابعاد اضافي فضا، سابقه‌ي حل بسياري از مشكلات و مسايل حل‌ناشدني فيزيك را دارند. براي مثال اينشتين براي توصيف كردن جاذبه، به يك بعد اضافي نياز داشت و آن، زمان بود. و تئودور كالوتزا نيز يك بعد به سه بعد اثبات شده اضافه كرد چرا كه مي‌خواست نظريات جاذبه را با فرضيات ماكس‌ول در مورد الكترومغناطيس، همگون سازد.
مطمئناً ما نمي‌توانيم بعد چهارم را ببينيم اما اين هم احتمالاً يك دليل دارد. اين بعدهاي اضافه، مي‌توانند بسيار كوچك و فشرده شوند. يك لوله‌ي پليمري آب را از دور در نظر بگيريد. مانند يك خط دراز و معوج به نظر مي‌رسد. از يك بعد نزديكتر آن را نگاه كنيد. به شكل تيوب يا لوله ديده مي‌شود. اما آنچه كه در حقيقت اين لوله را مي‌سازد، يك سطح دايره‌يي شكل كوچك است كه دور محيط لوله چرخيده است. به طور مشابه، بعد چهارم نيز مي‌تواند چنين لوله‌يي باشد كه دور فضاي سه‌بعدي مي‌چرخد اما آنقدر كوچك است كه ديده نمي‌شود.
در نتيجه تصور كردن ابعاد بسيار زيادتري كه اينگونه در فضا پنهان شده‌اند، به راحتي ممكن است. اما متاسفانه نظريه‌ي فرا-رشته‌يي هنوز دقيقاً سه بعد گشوده‌شده را تاييد نمي‌كند در نتيجه براي تصور ما نسبت به جهان هستي هم تعريف درستي نمي‌توان ارايه داد.
اما براي تصور كردن يك بعد جديد، راههاي ديگري هم هست. فرض كنيد نيروهاي فيزيكي بتوانند نور و جسم را به يك صفحه‌ي سه‌بعدي مسطح يا ورقي‌شكل تقليل دهند و محدود كنند در حالي كه به برخي پديده‌هاي ديگر فيزيكي اجازه مي‌دهند تا وارد بعد چهارم شوند. ساكن شدن سطوح دو بعدي به جاي اجسام سه‌بعدي در فضاهاي مشخص باعث مي‌شود تا هر جسم و پديده‌يي به شكل طرح و نقشه‌اش نشان داده شود. مثلاً ما يك توپ كره‌يي شكل را به صورت دايره ببينيم! به طريق مشابه، ممكن است ادعا شود كه ما در حال حاضر تنها تصويري سه بعدي از اجسام و مفاهيمي را مي‌بينيم كه در واقع چهاربعدي هستند.
اما فضاي "سه لايه‌يي" ما مي‌تواند تنها در چهار بعد نيز محدود نشود. لايه‌هاي قابل كشف ديگري نيز مي‌توانند وجود داشته باشند كه در فضاي چهاربعدي حضور دارند. اثبات اين فرضيه، انجام آزمايشهايي تازه را مي‌طلبد كه وجود بعد چهارم را نيز به ما نشان دهد. اما اين نظريه وجود دارد كه برخورد لايه‌هاي چندبعدي در مقياسهاي اين‌چنيني مي‌تواند به تكرار شدن "انفجار بزرگ" منجر گردد در نتيجه حضور ما بر روي كره‌ي زمين شايد اصلاً مويد همين مطلب باشد كه فضا واقعاً سه‌بعدي نيست!
۴) آيا سفر در زمان امكانپذير است؟
شايد سوال يك نيز بازگويي همين سوال باشد. ماهيت جسم و جاذبه‌ي كوانتومي را فراموش كنيد. شايد اين سوال را هر كسي دوست دارد كه پاسخ دهد. سفر در زمان به يك موضوع علمي – تخيلي مورد علاقه و جذاب براي مردم تبديل شد پس از اينكه اچ.جي. ولز، رمان نوگرايانه و جالب خود با نام "ماشين زمان" را نوشت. اما هرآنچه كه اينجا مطرح شده، لزوماً علمي – تخيلي نيست. براي مثال سفر در زمان به سوي آينده، يك واقعيت علمي پذيرفته شده است. تئوري نسبيت اينشتين تاييد مي‌كند كه يك جسم ناظر و مشاهده‌گر در برابر زمين، مي‌تواند به سمت آينده‌ي زمين جهش كند. اين تاثير را ساعتهاي اتمي ثابت كرده‌اند.
اما اينگونه درگير شدن با تار و پودهاي زمان، به سرعتي مشابه سرعت نور نياز دارد كه شايد در تئوري قابل اثبات و ممكن باشد اما به يك شاهكار بزرگ مهندسي نياز دارد، حتي اگر به بودجه و هزينه‌هايش فكر نكنيم. اما سفر در زمان به سمت عقب، مشكلات بزرگتري خواهد داشت. نسبيت، اين فرضيه را تاييد نمي‌كند كه يك جسم ناظر بتواند در دو بعد زمان-مكان سفر كند و به عقب هم برگردد. اما در همه‌ي داستانها و سناريوها، چنين شرايط خارق‌العاده‌يي نيز در نظر گرفته شده است.
يكي از راههاي سفر به عقب در زمان، استفاده از يك "لانه‌ي مار" فضايي خواهد بود. تئوريسين‌ها معتقدند چنين تونل يا دروازه‌ي ستاره‌يي كه دو نقطه را در ابعاد زمان – مكان به يكديگر متصل كند، وجود دارد. اگر يكي‌شان را پيدا كنيد و داخلش بپريد، چند لحظه‌ي بعد از نقطه‌يي ديگر در جهان هستي سردر خواهيد آورد. آنها معتقدند اگر چنين چاله‌يي وجود داشته باشد، مي‌توان آن را با ماشين زمان نيز مطابق و هماهنگ كرد. مي‌توانيد از طريق آن سفر كنيد و نه تنها از يك مكان ديگر سر دربياوريد، كه وارد يك زمان ديگر نيز بشويد. اين "زمان" مي‌تواند در گذشته يا آينده باشد.
اگر امكان سفر به گذشته وجود داشته باشد، انواع پارادوكس‌ها و تضادها نيز اتفاق خواهند افتاد. مانند معماي يك مسافر زمان كه به سالهاي گذشته مي‌رود و مادرش را وقتي يك كودك است، به قتل مي‌رساند. از اين تضادها مي‌توان گريخت اگر اصرار بورزيم و بدانيم كه هيچ چيز نمي‌تواند قانون علت و معلول و كنش و واكنش را از بين ببرد. اما سفري دوطرفه در مسير زمان، هنوز پيچيده و غيرقابل هضم است.
براي بسياري از فيزيكدانها، اين مساله بسيار غيرعقلاني است. استفان هاوكينگز نظريه‌ي "تخمين محافظت از تسلسل وقايع" را مطرح مي‌كند و معتقد است كه يك نيرو يا عامل خاص باعث مي‌شود تا اجسام فيزيكي يا نيروها نتوانند به گذشته برگردند. اين مساله شايد به دليل موانع و سدهاي فيزيكي اساسي بر سر راه ساخت ماشين زمان اتفاق مي‌افتد. براي مثال انرژي خلاء كوانتومي در صورتي كه هيچ محدوديتي براي ورود به حفره‌هاي ماري فضا نداشته باشد، طغيان خواهند كرد و دفع خواهند شد.
اين مساله همچنان لاينحل باقي مانده اما موضوعي است كه بسياري از مردم، وقت و تلاش خود را صرف آن مي‌كنند. همانطور كه هاوكينگز اشاره كرده، صرف هزينه براي تحقيق در مورد سفر به زمان بسيار سخت است. در نتيجه به نظر مي‌رسد برهان يا تكذيبيه‌يي براي حل اين مساله، خود به مشكلات عمومي ديگر منجر شود. مانند طرح يك نظريه‌ي رام‌شدني و قابل دسترسي در مورد جاذبه‌ي كوانتومي.
۵) آيا ما در يك صافي كهكشاني زندگي مي‌كنيم؟
سياهچاله‌هاي آشناي كهكشاني همچنان مي‌توانند باعث ايجاد بهت و حيرت براي فيزيكدانهاي تئوريست شوند. يك سياهچاله‌ي فضايي مي‌تواند زماني كه يك ستاره‌ي بزرگ آتش مي‌گيرد و محو مي‌شود، تشكيل گردد. هسته‌ي آن بر اثر جاذبه‌ي دروني فراوان، به دو نيم تقسيم مي‌شود. اگر جسم به لحاظ شكلي، كروي باشد، آنگاه همه‌ي مواد تجزيه‌شده از ريشه با نسبتهاي مساوي به سمت مركز هندسي هسته، ريزش مي‌كنند در نتيجه مقدار ميدان چگالنده و ميدان جاذبه به بي‌نهايت ميل خواهد كرد. تا زماني كه جاذبه، خود را به عنوان تاروپودي از هندسه‌ي مكان – زمان معرفي مي‌كند، ميزان خميدگي و پيچش اين دو بعد يعني زمان و مكان، به بي‌نهايت ميل خواهد كرد و براي زمان – مكان يا هر دوي آنها، يك خط مرز و محدوده خواهد ساخت. رياضيدانها، اين پديده را تكين يا فرديت مي‌نامند.
هيچ كس نمي‌داند كه از اين فرديتها، چه چيزي حاصل مي‌شود. آيا فضا-زمان، همانجا به پايان خواهد رسيد يا اين فرديتها به از كارافتادگي نظريات ما منجر مي‌شوند؟ اگر زمان – مكان مرز و حدودي داشته باشد، آنگاه پيش‌بيني كردن حاصل آن نيز غيرممكن خواهد بود. از آنجايي كه پيش بيني و فلسفه‌ي جبر و تقدير، پايه‌ي همه‌ي تصاوير علمي و منطقي از جهان حاضر را تشكيل مي‌دهد، فرديتها مي‌توانند پا را از مرزهايي فراتر بگذارند كه علم نمي‌تواند.
وقتي يك سياهچاله‌ي فضايي، حاصل يك تفرد را در بربگيرد، آن ديگر پوشيده و مستور مي‌شود و ديگر تهديدآميز نيست. در ۱۹۶۷، راجر پنروز، فرضيه‌ي "سانسور فضايي" را مطرح كرد. در اين فرضيه، اعتقاد بر اين بود كه همه‌ي تفردهاي ايجادشده بر اساس كاهش جاذبه، قاعدتاً توسط سياهچاله‌هاي فضايي پوشيده مي‌شوند و در نتيجه براي ما غيرقابل مشاهده هستند. راه چاره نيز غيرقابل دسترسي بود يعني وجود تفردهاي ناپوشيده كه مي‌توانند باعث اتفاقاتي بدون توجيه و دليل منطقي و عقلاني شوند.
سپس چند سال بعد، استفان هاوكينگز، يك پيچيدگي ديگر در مورد اين مساله را نيز مطرح كرد. او متوجه شد كه سياهچاله‌ها، امواج گرمايي از خود منتشر مي‌كنند و به آرامي تجزيه مي‌شوند. تئوريسين‌هاي فيزيكي، آنچه كه ممكن بود در پايان اتفاق بيفتد را اينگونه تصور كردند: آيا اين تبخير و تبديل در نهايت، تفردهاي موجود در دل سياهچاله‌ها را نمايان و بي‌پرده خواهد كرد؟
اين مساله در مباحث مربوط به تئوري اطلاعات نيز به شكلي ديگر مطرح شد. وقتي ستاره‌يي از يك سياهچاله برمي‌خيزد، محتواي اطلاعات جزيي ستاره (مانند تعداد اجزا و ذره‌هايي كه از آن تشكيل شده است و از هر نوع ذره و قسمت، چند تكه عضو در ستاره به كار رفته) براي يك ناظر بيروني، غيرقابل مشاهده خواهد بود.
در نتيجه زماني كه يك سياهچاله‌ي فضايي از بين مي‌رود، آيا اطلاعات بر اثر نوعي از تابش كه هاوكينگز مطرح كرد، دوباره برمي‌گردند؟ اين سياهچاله‌ها به نظر مي‌رسد به وضوح در همه‌جاي جهان هستي وجود دارند و حاضر هستند. اگر پيچ و تابهاي موجود در حفره‌هاي ماري (حفره‌هاي تكيني) باعث آشكار شدن يك چاله‌ي جديد در بعد فضا – زمان مي‌شوند، پس مي‌توان نتيجه گرفت كه جهان هستي مثل يك كف‌گير يا صافي فضايي در حال نشست كردن است؟ اگر اينگونه است، پس محتوياتش به كجا مي‌روند؟
۶) جهان هستي از چه چيز ساخته شده است؟
دريغ و افسوس كه اين سردرگمي همچنان ادامه دارد. فيزيكدانها دقيقاً نمي‌دانند و مطمئن نيستند كه آنجا چه چيزهايي هست. در نجوم اينگونه مطرح مي‌شود كه آنچه شما مي‌بينيد، دقيقاً آنچه نيست كه وجود دارد. ستاره‌ها، سياره‌ها و توده‌هاي غبار موجود در فضا از اتمهاي معمولي تشكيل شده‌اند. اما براي هر گرم از اجرام معمولي در جهان هستي، چندين گرم اجرام ناديده و ناشناخته وجود دارد.
ما اين را از نوع حركت ستاره‌ها مي‌دانيم. كهكشان راه شيري بيش از حد تند مي‌چرخد و اين براي نيروي جاذبه ايجاد مشكل مي‌كند كه همه‌ي اجسام و اجرام قابل مشاهده‌ي بر روي آن را نگاه دارد. ستاره‌هاي اطراف نيز اگر مقدار زيادي از اجرام و اجسام فضايي در اطرافشان در حال كشيده شدن نبودند، حتماً سقوط مي‌كردند. كهكشانهاي ديگر نيز همين‌گونه اند. حجم زيادي از مواد و اجرام ناديده و ناشناس در بين كهكشانها وجود دارند كه آنها را به دسته‌هاي در حال جنب و جوش و آسياب كردن تبديل مي‌كنند.
اگر جهان هستي را يك كل در نظر بگيريم، آنگونه كه گسترش پيدا مي‌كند و پس‌زمينه‌ي كهكشاني در حال ساطع كردن امواج گرمازا (پس‌فروزشهاي در حال محو شدن پس از انفجار بزرگ) يعني همه‌ي اجزاي ظاهري و قابل رويت جهان هستي، به وجود يك اصل فراگير و نافذ اشاره مي‌كنند، يعني جهان پنهان هستي.
تئوريهاي اين‌چنيني در مورد ماهيت ماده يا "جرم تاريك" باز هم وجود دارند. از دسته‌هاي بزرگ سياهچاله‌هاي فضايي گرفته تا ذرات ريز تجزيه شده بر اثر انفجار بزرگ. اساساً در اين مورد، سه ايده‌ي اصلي وجود دارد. نخستين ايده، نظريه‌ي "انرژي تاريك" است كه مانند اجرام محو و پنهان درون فضا به شكل يكسان و يكنواخت پراكنده شده‌اند، رفتار مي‌كند. مشاهدات به ما نشان مي‌دهد كه اين اجرام مي‌توانند بيش از دو سوم كل مواد جهان هستي را تشكيل دهند. نظريه‌ي دوم، نظريه‌ي "اشياي نوراني فشرده و حجيم" معروف به MACHO است. اشيايي مانند كوتوله‌هاي قهوه‌يي فضايي! فضانوردان، برخي از آنها را كشف كرده‌اند اما براي تشكيل دادن باقي‌مانده‌ي جهان هستي، اين اشيا بسيار ناچيز هستند.
در نهايت، اجزا و ذرات ريز زيراتمي مانند نوترونها را داريم. اين اجرام روان و سيال به سختي با ديگر اجرام و مواد تعامل مي‌كنند و بسيار گنگ و نامعلوم به نظر مي‌رسد كه آيا آنها به كره‌ي زمين هم وارد مي‌شوند يا نه. تعداد بسيار زيادي از آنها وجود دارند كه شايد هر گروه يك ميليارد نوتروني از آنها، فقط به اندازه‌ي يك نوترون در برابر تمام مقادير موجود در گيتي به حساب بيايد اما احتمالاً اين ذرات جرم بسيار كمي دارند و بخش كوچك و ناچيزي از مواد و اجرام موجود در جهان را تشكيل مي‌دهند.
تئوريسين‌ها معتقد به وجود نوع ديگري از ماده‌هاي پرنفوذ هستند كه جرم قابل توجه و فراواني دارند و به عنوان WIMP يا "ذرات حجيم كم‌تعامل" شناخته مي‌شوند و آزمايشها براي به دست آوردن و جمع‌آوري آنها در حال انجام است.
ايده‌هاي عجيب و هيجان‌انگيز ديگري مانند مواد و اجرام پنهان شده در بعد چهارم يا وجود يك جهان ديگر در سايه‌ي كهكشهانهاي شناخته شده نيز مطرح شده‌اند. شايد ماهيت جهان تاريك، مركبي از بسياري چيزها باشد كه بسياري از آنها هنوز هم ناشناخته‌اند. آنچه كه واضح و مبرهن است اينكه به نظر مي‌رسد اتمهاي معمولي و رايجي كه ما و كره‌ي زمين از آنها ساخته شده‌ايم، تنها بخش كوچكي از كل جرم و ماده‌ي موجود در جهان هستي را شامل مي‌شود كه بخش عمده‌ي آن را ناشناخته‌ها تشكيل مي‌دهند.
۷) اين سوالهاي من از كجا مي‌آيند؟
هوشمندي و آگاهي انسانها از كجا مي‌آيد؟ چرا برخي الگوها و صفحات سلولي الكتريكي مانند صفحات سلولي در مغز، داراي احساس و انديشه هستند در حالي كه برخي ديگر از اين صفحات مانند سلولهاي سراسري در دستگاه گوارش يا دستگاه تنفسي احتمالاً چنين احساساتي را ندارند؟ يا از سوي ديگر، چگونه مي‌شود كه مفاهيم انتزاعي و غيرجسماني مانند تفكرات يا آرزوها مي‌توانند الكترونها و يون‌ها را به سمت مغز حركت دهند و دستگاه حركت فيزيكي بدن را تحريك نمايند؟
يا آيا اين سوالات فقط مغلطه‌ي بي‌معنا و بي‌مورد مفاهيم هستند؟ آيا فيزيكدانها اين سوالات را به راحتي پاسخ مي‌دهند؟ عده‌يي فكر مي‌كنند كه اين سوالها براي فيزيكدانها، به آساني پاسخ داده مي‌شوند. ارتباط دادن جهان مادي و جهان معنوي، چيزي است كه اكثر فيزيكدانها از آن اجتناب و دوري مي‌كنند. اما اگر فيزيك مدعي باشد كه يك علم جهان‌شمول و عمومي است، مي‌توان نتيجه‌گيري كرد كه آگاهي و معرفت علمي، تعريفي عام و تلفيقي از هر دوي اين مفاهيم است.
مكانيك كوانتومي به عنوان يك كليد در اين زمينه شناخته شده است. بيشتر به اين دليل كه ناظر بيروني، نقشي اساسي در تعريف و تعبير سيستمهاي كوانتومي بازي مي‌كند. اما هنوز راه زيادي مانده تا اين موضوع روشن شود كه تاثيرات كوانتومي مي‌تواند به كل دستگاه و مجموعه‌ي نورونها و سلولهاي عصبي برسد يا نه.
شايد كليد رسيدن به پاسخ، رجوع كردن به تعريف زندگي است. هيچ كس نمي‌داند كه دقيقاً چگونه، كجا و چه زماني، حيات شروع شد. شايد تلفيقي از مواد شيميايي بي‌جان، در ابتدا منجر به تشكيل شدن بدن يك موجود زنده شد. به نظر نمي‌رسد كه اين اتفاق به شكل آني و لحظه‌يي و در يك مرحله افتاده باشد و بي‌هيچ گفت‌وگويي، مي‌توان ادعا كرد كه يك فرآيند فيزيكي پيچيده و طولاني طي شده اما هنوز مشخص نيست كه اين سير تكامل حيات، از مشكلات و مسايلي است كه بايد در حوزه‌ي فيزيك بررسي شود يا نه.
گاهي اوقات ادعا مي‌شود كه زندگي بر پايه‌ي قانونهاي فيزيكي نوشته شده است. البته اين مساله درست است كه اگر اين قوانين اندكي متفاوت بودند، زندگي به طور كلي دگرگون مي‌شد اما هيچ چيزي در اين قانونهاي شناخته شده وجود ندارد كه جسم يا مفهومي را به ساماندهي در زندگي مجبور كند. اگر قانون حيات نيز در طبيعت وجود داشته باشد، نمي‌توان در لابه‌لاي قانونهاي فيزيكي آن را يافت كه خاستگاهش، نظرياتي چون تئوري اطلاعات و... است. علاوه بر اينها، يك سلول زنده، نوعي از ماده‌ي ناشناخته و جادويي نيست كه يك سيستم و نظام بسيار پيچيده‌ي پردازش و تكرار اطلاعات است.
قوانين حاكم بر تئوري اطلاعات يا تئوري پيچيدگي، همچنان مورد استفاده هستند. در سطح مشابه و از سوي ديگر، همانطور كه اروين شرودينگر در دهه‌ي ۱۹۲۰ ادعا كرده بود، مكانيك كوانتومي نيز نقش مهمي در تاريخچه‌ي حيات بازي مي‌كند.
هرچند كه قوانين مربوط به پردازش كوانتومي اطلاعات، به شكل قابل ملاحظه‌يي با سيستمهاي كلاسيك بيولوژيك تفاوت دارند اما مي‌توانند كليدي براي حل اين مشكلات و پاسخ به اين سوالها باشند.
X-( X-(۱) جهان هستي چگونه برپاست؟
ما به جايي رسيده‌ايم كه كه بدون حل كردن برخي از مشكلات و مسايل فيزيك، نمي‌توانيم در مورد حقايق و پديده‌هاي جالب و شگفت‌انگيز ديگر فيزيكي، اطلاعات بيشتري كسب كنيم. براي درك مفاهيمي مثل خاستگاه و بنياد جهان هستي، سرنوشت نهايي سياهچاله‌هاي فضايي يا امكان سفر در زمان، نياز داريم كه بدانيم جهان هستي چگونه ادامه‌ي حيات مي‌دهد.
هم‌اكنون يك ايده‌ي خوب در ذهن ما هست كه مي‌تواند منتج به كشف حقيقت و بنياد هستي شود. علم فيزيك در قرن بيستم بر پايه‌ي انقلابهاي دوگانه‌ي مكانيك كوانتومي (تئوري ماهيت جسم) و نظريه‌ي معروف اينشتين در مورد فضا، زمان و جاذبه معروف به نسبيت، بنا شده است. اما وقتي شما به دو تعريف نهايي از واقعيت دست پيدا مي‌كنيد زماني كه تنها يك واقعيت را موجود مي‌بينيد، اين راضي‌كننده نيست.
تلاش براي يگانه‌سازي اين دو تئوري، موانع تكنيكي فني و مفهومي وحشتناكي را بر سر راه بهترين نظريه‌پردازان فيزيك در طول دهه‌هاي گذشته قرار داده و آنان را به چالش كشيده است. براي مثال از آنجايي كه جاذبه، خودش را به عنوان يك عامل ايجاد انحراف در فضاي چهاربعدي زمان-مكان معرفي مي‌كند، پذيرش نظريه‌ي كوانتومي در مورد جاذبه ايجاد مشكل مي‌كند. از يك جهت، اين به معناي پذيرش شك و ترديد هايزن‌برگ در مورد فرضيات موجود راجع به زمان – مكان به شكل في‌نفسه است كه قطعاً مشكل‌ساز خواهد بود.
اما ممكن است اين ترديدها، يك معناي ديگر هم داشته باشند و آن به معناي وجود يك مشكل در رابطه با گرايش و رويكرد ما نسبت به قضيه است. شايد ما نبايد مفهوم جاذبه را به تنهايي بررسي كنيم. اكثر تلاشهايي كه براي يكسان‌سازي نظريات موجود در مورد جاذبه انجام شدند، خود منجر به اين گشتند كه تعريف كيفيت و كميت جاذبه، وارد يك بحث و ميدان جديد شود كه به ناچار همه‌ي نيروهاي طبيعت مانند همه‌ي اجزاي زيراتمي را به يك چارچوب تئوريك محدود مي‌كند. اين ايده‌يي است كه برخي از فيزيكدانها آن را "تئوري همه‌چيز" مي‌خوانند.
نظريه‌ي جديدي كه در حال حاضر مطرح مي‌شود، نظريه‌ي "فرا-رشته‌يي" است كه به وجود حلقه‌هاي كوچك و ريز رشته‌يي اتمي به عنوان سازنده‌ي همه‌ي مواد حكم مي‌دهد. فرضيه‌ي ديگري كه وجود دارد و به تئوري ام مشهور است هنوز كمي پيچيده و مبهم به نظر مي‌رسد و مي‌تواند به عنوان لايه‌يي كه در ابعاد وسيعتر فضايي حركت دارد، تصوير شد. اما مرحله و روند پيشرفت در اين نظريه‌ها در بهترين حالت، اينگونه جمع‌بندي مي‌شود كه هيچ كس دقيقاً به ياد نمي‌آورد وجود حرف "M” در نظريه‌ي ام، دقيقاً به چه دليلي است و چه واژه‌يي را تداعي مي‌كند. راه درازي در پيش است...
۲) آيا "ضدجاذبه"ي اينشتين واقعاً يك اشتباه بود؟
اينشتين، ضدجاذبه را بزرگترين اشتباه خود مي‌شمارد. اما به نظر مي‌رسد كه او با اضافه كردن يك نظريه‌ي ضدجاذبه به فرضيه‌ي نسبيت خود كه آن را شرط فلسفه‌ي انتظام گيتي مي‌خوانند، كار درستي انجام داده است.
اين شرط اضافه در فرضيه‌ي نسبيت، به فضا يك خاصيت تدافعي نسبت مي‌دهد به اين معنا كه فضا خودش را دفع مي‌كند، گسترده‌تر مي‌شود و هرچه سريعتر اين روند افزايش گستردگي ادامه مي‌يابد. اينشتين اين عامل به ظاهر بي‌ارزش را اضافه كرد چرا كه تصور مي‌شد جهان هستي ثابت است و بي‌حركت. در نتيجه نياز بود تا نيرويي وجود داشته باشد و قدرت كشش جاذبه‌يي زمين را بالانس و دچار تعادل كند كه مواد موجود بر روي زمين، كوچك و كوچكتر نشوند.
اما در دهه‌ي ۱۹۲۰، ادوين هابل كشف كرد كه جهان هستي خود به خود در حال گسترش و افزايش است. در نتيجه اينشتين نيز نظريه‌ي "تعادل انتظامي گيتي" را به دليل ترس، پس گرفت!
اما به نظر مي‌رسد اين ايده نبايد محو شود. نظريه‌ي كوانتومي ميدانها، ثابت مي‌كند كه حتي فضاهاي خالي نيز با انرژي زياد در حال طغيان و جنب و جوش هستند. در واقع همان تاثير جاذبه‌يي g=۱۰ كه نظريه‌ي ضدجاذبه‌ي اينشتين را توصيف مي‌كند. اين نظريه در مورد قدرت دافعه (كه در مقابل جاذبه مطرح مي‌شود) مقداري گنگ و مبهم است اما به آن يك ارزش تخميني مي‌دهد.
تقريباً 10 سال پيش، فضانوردان متوجه شدند كه سرعت گسترش ابعاد جهان هستي در حال افزايش است و در نتيجه نظريات آزمايش خود در مورد نيروي ضدجاذبه را مطرح كردند. در عين ناباوري و سرگرداني فيزيكدانها هم اين فضانوردان، قدرت ضدجاذبه را شامل ۱۲۰ نيرو دانستند كه ۱۰ بار از مقدار پيش‌بيني‌شده‌ي قبلي كوچكتر است.
اين نتيجه، بسيار گمراه‌كننده و عجيب است. اگر تعادل برقرار شده ميان جاذبه و دافعه، مقداري برابر با صفر بود، در نتيجه يكي از قوانين عميق و مهم طبيعي در موردش صدق مي‌كرد اما يك عدد غيرصفر كه تازه با تئوري ابتدايي نيز غيرقابل مقايسه شناخته شده را نمي‌شود تعبير كرد.
براي وخيم‌تر كردن شرايط، كيهان‌شناسان به ايده‌يي علاقه‌مند شدند كه نيروي دافعه‌ي بسيار قوي و بزرگي در اولين مرحله‌ي تفكيك پس از انفجار بزرگ يا Big Bang را مطرح مي‌كند چرا كه اين نظريه، سناريوي جذاب و محبوب مربوط به زمين غيرمسطح و در حال افزايش حجم را تاييد مي‌كند. با توجه به اين تئوري، جهان هستي پس از تولد و شكل‌گيري، با سرعتي غيرقابل باور توسط يك عامل قدرتمند و عظيم، تغيير حجم داد و اين نيرو را قدرت ضدجاذبه يا دافعه ايجاد نمود.
در نتيجه اگر بخواهيم دليل و برهاني بر اين افزايش حجم سريع و روزافزون بيابيم، به نظريه‌يي نياز داريم كه توضيح دهد چرا ضدجاذبه در ابتدا بسيار قوي و شديد بود، سپس با شتاب و سرعت كاهش مقدار پيدا كرد و سپس به مقداري در حوالي صفر رسيد. به عبارت ديگر، ما مي‌خواهيم بدانيم كه چرا نيروي ضدجاذبه، تقريباً در اولين فازهاي شكل‌گيري جهان هستي حذف و محو شد اما به طور كلي از بين نرفت؟
يك احتمال اين است كه نيرو بر اثر گذشت زمان، محو مي‌شود. احتمال ديگر مي‌تواند اين باشد كه نيرو در فضا تغيير مي‌كند و در نتيجه ممكن است از وراي دوربين تلسكوپهاي ما، همه چيز بسيار بزرگتر از آنچه هستند نشان داده شوند. اگر اينگونه است، در نتيجه هر جسمي در آن منطقه، با سرعت در كهكشانها و ستاره‌هاي ديگر پخش و متلاشي مي‌شد و در نتيجه اصلاً هيچ ناظري نمي‌توانست حضور داشته باشد تا نيرو را اندازه بگيرد.
آنچه كه ما نياز داريم، يك تئوري است كه قدرت نيروي دافعه يا ضدجاذبه را به اندازه‌ي بخشي از قدرت همه‌ي نيروهاي موجود در طبيعت براي ما تعريف كند. متاسفانه به نظر نمي‌رسد كه تئوريهاي موجود مثل تئوري فرارشته‌يي يا تئوري "ام"، اين ميزان خاص را مشخص كنند و مقدار كمي كه باقي مي‌ماند هم همچنان ناشناخته و اسرارآميز خواهد بود. در نتيجه بايد دوباره به سوال يك رجوع كنيم!
۳) چرا ما در سه بعد زندگي مي‌كنيم؟
آيا اينكه زمين ما سه بعد دارد، اتفاقي است يا بايد برايش دنبال يك تعبير عميقتر گشت؟ بعضي از تئوريسين‌ها معتقدند كه فضاي به وجودآمده بر اثر انفجار بزرگ، تنها به صورت اتفاقي از سه بعد تشكيل گشت و ممكن است قسمتهاي ديگري از جهان هستي وجود داشته باشند كه ابعادشان متفاوت باشد.
مثلاً هيچ دليل منطقي نمي‌توان يافت براي پاسخ به اين سوال كه چرا مثلاً جهان هستي فقط دو بعد ندارد. چندصد سال پيش، ادوين آبوت اثري به نام "زمين مسطح" نوشت كه در آن جهاني دوبعدي را تصوير كرد. جهاني كه در آن اجسام و موجودات حيات خود را تنها بر روي "سطح" ادامه مي‌دادند. اما فيزيك جهان دوبعدي با فيزيك جهان ما بسيار متفاوت خواهد بود. براي مثال در فضاي دو بعدي، امواج به شفافيت انتشار در فضاي سه بعدي، پخش نمي‌شوند و باعث ايجاد انواع مشكلات در سيگنال‌رساني و انتقال اطلاعات مي‌گردند. و نيز از آنجايي كه زندگي آگاهانه، به فرآيند انتقال درست و صحيح اطلاعات بستگي دارد، در نتيجه اين تفاوتها كافي خواهند بود براي اينكه مشاهدات ما را تنها در حد مناطقي ناشناخته محدود نگاه دارند.
تصور كردن فراتر از سه بعد نيز مشكلات مختلفي به همراه خواهد داشت. در چنين حالتي، سيستمهاي نجومي و سياره‌يي غيرممكن مي‌شوند چرا كه عكس قانون جاذبه يعني قانون قدرتهاي افزايشي به وجود خواهد آمد. در نتيجه به نظر مي‌رسد كه جهان سه بعدي تنها جهاني است كه وجود دارد و فيزيكدانها مي‌توانند درباره‌اش بنويسند. اما نكات ريزي وجود دارد كه باعث مي‌شود اين فرضيه با شك و ترديد همراه باشد.
شايد فضا سه بعدي نيست و تنها اينگونه براي ما نشان داده مي‌شود. شايد فضا ۹ يا ۱۰ بعد دارد و حتي ابعاد بيشتر! برخي از تئوريهايي كه قصد يكپارچه‌سازي نيروهاي طبيعت را دارند مانند فرضيه‌ي فرا-رشته‌يي، امكان وجود تعداد ابعاد بيشتري نسبت به آنچه كه ما مي‌بينيم را رد نمي‌كنند.
دليلشان نيز اين است كه بسياري از معادلاتي كه براي توصيف وضعيت موجود به كار مي‌روند، با در نظر گرفتن تعداد بيشتر ابعاد، نتايج بهتري مي‌دهند! در نتيجه نمي‌توان آن را كاملاً بي‌معني دانست. ابعاد اضافي فضا، سابقه‌ي حل بسياري از مشكلات و مسايل حل‌ناشدني فيزيك را دارند. براي مثال اينشتين براي توصيف كردن جاذبه، به يك بعد اضافي نياز داشت و آن، زمان بود. و تئودور كالوتزا نيز يك بعد به سه بعد اثبات شده اضافه كرد چرا كه مي‌خواست نظريات جاذبه را با فرضيات ماكس‌ول در مورد الكترومغناطيس، همگون سازد.
مطمئناً ما نمي‌توانيم بعد چهارم را ببينيم اما اين هم احتمالاً يك دليل دارد. اين بعدهاي اضافه، مي‌توانند بسيار كوچك و فشرده شوند. يك لوله‌ي پليمري آب را از دور در نظر بگيريد. مانند يك خط دراز و معوج به نظر مي‌رسد. از يك بعد نزديكتر آن را نگاه كنيد. به شكل تيوب يا لوله ديده مي‌شود. اما آنچه كه در حقيقت اين لوله را مي‌سازد، يك سطح دايره‌يي شكل كوچك است كه دور محيط لوله چرخيده است. به طور مشابه، بعد چهارم نيز مي‌تواند چنين لوله‌يي باشد كه دور فضاي سه‌بعدي مي‌چرخد اما آنقدر كوچك است كه ديده نمي‌شود.
در نتيجه تصور كردن ابعاد بسيار زيادتري كه اينگونه در فضا پنهان شده‌اند، به راحتي ممكن است. اما متاسفانه نظريه‌ي فرا-رشته‌يي هنوز دقيقاً سه بعد گشوده‌شده را تاييد نمي‌كند در نتيجه براي تصور ما نسبت به جهان هستي هم تعريف درستي نمي‌توان ارايه داد.
اما براي تصور كردن يك بعد جديد، راههاي ديگري هم هست. فرض كنيد نيروهاي فيزيكي بتوانند نور و جسم را به يك صفحه‌ي سه‌بعدي مسطح يا ورقي‌شكل تقليل دهند و محدود كنند در حالي كه به برخي پديده‌هاي ديگر فيزيكي اجازه مي‌دهند تا وارد بعد چهارم شوند. ساكن شدن سطوح دو بعدي به جاي اجسام سه‌بعدي در فضاهاي مشخص باعث مي‌شود تا هر جسم و پديده‌يي به شكل طرح و نقشه‌اش نشان داده شود. مثلاً ما يك توپ كره‌يي شكل را به صورت دايره ببينيم! به طريق مشابه، ممكن است ادعا شود كه ما در حال حاضر تنها تصويري سه بعدي از اجسام و مفاهيمي را مي‌بينيم كه در واقع چهاربعدي هستند.
اما فضاي "سه لايه‌يي" ما مي‌تواند تنها در چهار بعد نيز محدود نشود. لايه‌هاي قابل كشف ديگري نيز مي‌توانند وجود داشته باشند كه در فضاي چهاربعدي حضور دارند. اثبات اين فرضيه، انجام آزمايشهايي تازه را مي‌طلبد كه وجود بعد چهارم را نيز به ما نشان دهد. اما اين نظريه وجود دارد كه برخورد لايه‌هاي چندبعدي در مقياسهاي اين‌چنيني مي‌تواند به تكرار شدن "انفجار بزرگ" منجر گردد در نتيجه حضور ما بر روي كره‌ي زمين شايد اصلاً مويد همين مطلب باشد كه فضا واقعاً سه‌بعدي نيست!
۴) آيا سفر در زمان امكانپذير است؟
شايد سوال يك نيز بازگويي همين سوال باشد. ماهيت جسم و جاذبه‌ي كوانتومي را فراموش كنيد. شايد اين سوال را هر كسي دوست دارد كه پاسخ دهد. سفر در زمان به يك موضوع علمي – تخيلي مورد علاقه و جذاب براي مردم تبديل شد پس از اينكه اچ.جي. ولز، رمان نوگرايانه و جالب خود با نام "ماشين زمان" را نوشت. اما هرآنچه كه اينجا مطرح شده، لزوماً علمي – تخيلي نيست. براي مثال سفر در زمان به سوي آينده، يك واقعيت علمي پذيرفته شده است. تئوري نسبيت اينشتين تاييد مي‌كند كه يك جسم ناظر و مشاهده‌گر در برابر زمين، مي‌تواند به سمت آينده‌ي زمين جهش كند. اين تاثير را ساعتهاي اتمي ثابت كرده‌اند.
اما اينگونه درگير شدن با تار و پودهاي زمان، به سرعتي مشابه سرعت نور نياز دارد كه شايد در تئوري قابل اثبات و ممكن باشد اما به يك شاهكار بزرگ مهندسي نياز دارد، حتي اگر به بودجه و هزينه‌هايش فكر نكنيم. اما سفر در زمان به سمت عقب، مشكلات بزرگتري خواهد داشت. نسبيت، اين فرضيه را تاييد نمي‌كند كه يك جسم ناظر بتواند در دو بعد زمان-مكان سفر كند و به عقب هم برگردد. اما در همه‌ي داستانها و سناريوها، چنين شرايط خارق‌العاده‌يي نيز در نظر گرفته شده است.
يكي از راههاي سفر به عقب در زمان، استفاده از يك "لانه‌ي مار" فضايي خواهد بود. تئوريسين‌ها معتقدند چنين تونل يا دروازه‌ي ستاره‌يي كه دو نقطه را در ابعاد زمان – مكان به يكديگر متصل كند، وجود دارد. اگر يكي‌شان را پيدا كنيد و داخلش بپريد، چند لحظه‌ي بعد از نقطه‌يي ديگر در جهان هستي سردر خواهيد آورد. آنها معتقدند اگر چنين چاله‌يي وجود داشته باشد، مي‌توان آن را با ماشين زمان نيز مطابق و هماهنگ كرد. مي‌توانيد از طريق آن سفر كنيد و نه تنها از يك مكان ديگر سر دربياوريد، كه وارد يك زمان ديگر نيز بشويد. اين "زمان" مي‌تواند در گذشته يا آينده باشد.
اگر امكان سفر به گذشته وجود داشته باشد، انواع پارادوكس‌ها و تضادها نيز اتفاق خواهند افتاد. مانند معماي يك مسافر زمان كه به سالهاي گذشته مي‌رود و مادرش را وقتي يك كودك است، به قتل مي‌رساند. از اين تضادها مي‌توان گريخت اگر اصرار بورزيم و بدانيم كه هيچ چيز نمي‌تواند قانون علت و معلول و كنش و واكنش را از بين ببرد. اما سفري دوطرفه در مسير زمان، هنوز پيچيده و غيرقابل هضم است.
براي بسياري از فيزيكدانها، اين مساله بسيار غيرعقلاني است. استفان هاوكينگز نظريه‌ي "تخمين محافظت از تسلسل وقايع" را مطرح مي‌كند و معتقد است كه يك نيرو يا عامل خاص باعث مي‌شود تا اجسام فيزيكي يا نيروها نتوانند به گذشته برگردند. اين مساله شايد به دليل موانع و سدهاي فيزيكي اساسي بر سر راه ساخت ماشين زمان اتفاق مي‌افتد. براي مثال انرژي خلاء كوانتومي در صورتي كه هيچ محدوديتي براي ورود به حفره‌هاي ماري فضا نداشته باشد، طغيان خواهند كرد و دفع خواهند شد.
اين مساله همچنان لاينحل باقي مانده اما موضوعي است كه بسياري از مردم، وقت و تلاش خود را صرف آن مي‌كنند. همانطور كه هاوكينگز اشاره كرده، صرف هزينه براي تحقيق در مورد سفر به زمان بسيار سخت است. در نتيجه به نظر مي‌رسد برهان يا تكذيبيه‌يي براي حل اين مساله، خود به مشكلات عمومي ديگر منجر شود. مانند طرح يك نظريه‌ي رام‌شدني و قابل دسترسي در مورد جاذبه‌ي كوانتومي.
۵) آيا ما در يك صافي كهكشاني زندگي مي‌كنيم؟
سياهچاله‌هاي آشناي كهكشاني همچنان مي‌توانند باعث ايجاد بهت و حيرت براي فيزيكدانهاي تئوريست شوند. يك سياهچاله‌ي فضايي مي‌تواند زماني كه يك ستاره‌ي بزرگ آتش مي‌گيرد و محو مي‌شود، تشكيل گردد. هسته‌ي آن بر اثر جاذبه‌ي دروني فراوان، به دو نيم تقسيم مي‌شود. اگر جسم به لحاظ شكلي، كروي باشد، آنگاه همه‌ي مواد تجزيه‌شده از ريشه با نسبتهاي مساوي به سمت مركز هندسي هسته، ريزش مي‌كنند در نتيجه مقدار ميدان چگالنده و ميدان جاذبه به بي‌نهايت ميل خواهد كرد. تا زماني كه جاذبه، خود را به عنوان تاروپودي از هندسه‌ي مكان – زمان معرفي مي‌كند، ميزان خميدگي و پيچش اين دو بعد يعني زمان و مكان، به بي‌نهايت ميل خواهد كرد و براي زمان – مكان يا هر دوي آنها، يك خط مرز و محدوده خواهد ساخت. رياضيدانها، اين پديده را تكين يا فرديت مي‌نامند.
هيچ كس نمي‌داند كه از اين فرديتها، چه چيزي حاصل مي‌شود. آيا فضا-زمان، همانجا به پايان خواهد رسيد يا اين فرديتها به از كارافتادگي نظريات ما منجر مي‌شوند؟ اگر زمان – مكان مرز و حدودي داشته باشد، آنگاه پيش‌بيني كردن حاصل آن نيز غيرممكن خواهد بود. از آنجايي كه پيش بيني و فلسفه‌ي جبر و تقدير، پايه‌ي همه‌ي تصاوير علمي و منطقي از جهان حاضر را تشكيل مي‌دهد، فرديتها مي‌توانند پا را از مرزهايي فراتر بگذارند كه علم نمي‌تواند.
وقتي يك سياهچاله‌ي فضايي، حاصل يك تفرد را در بربگيرد، آن ديگر پوشيده و مستور مي‌شود و ديگر تهديدآميز نيست. در ۱۹۶۷، راجر پنروز، فرضيه‌ي "سانسور فضايي" را مطرح كرد. در اين فرضيه، اعتقاد بر اين بود كه همه‌ي تفردهاي ايجادشده بر اساس كاهش جاذبه، قاعدتاً توسط سياهچاله‌هاي فضايي پوشيده مي‌شوند و در نتيجه براي ما غيرقابل مشاهده هستند. راه چاره نيز غيرقابل دسترسي بود يعني وجود تفردهاي ناپوشيده كه مي‌توانند باعث اتفاقاتي بدون توجيه و دليل منطقي و عقلاني شوند.
سپس چند سال بعد، استفان هاوكينگز، يك پيچيدگي ديگر در مورد اين مساله را نيز مطرح كرد. او متوجه شد كه سياهچاله‌ها، امواج گرمايي از خود منتشر مي‌كنند و به آرامي تجزيه مي‌شوند. تئوريسين‌هاي فيزيكي، آنچه كه ممكن بود در پايان اتفاق بيفتد را اينگونه تصور كردند: آيا اين تبخير و تبديل در نهايت، تفردهاي موجود در دل سياهچاله‌ها را نمايان و بي‌پرده خواهد كرد؟
اين مساله در مباحث مربوط به تئوري اطلاعات نيز به شكلي ديگر مطرح شد. وقتي ستاره‌يي از يك سياهچاله برمي‌خيزد، محتواي اطلاعات جزيي ستاره (مانند تعداد اجزا و ذره‌هايي كه از آن تشكيل شده است و از هر نوع ذره و قسمت، چند تكه عضو در ستاره به كار رفته) براي يك ناظر بيروني، غيرقابل مشاهده خواهد بود.
در نتيجه زماني كه يك سياهچاله‌ي فضايي از بين مي‌رود، آيا اطلاعات بر اثر نوعي از تابش كه هاوكينگز مطرح كرد، دوباره برمي‌گردند؟ اين سياهچاله‌ها به نظر مي‌رسد به وضوح در همه‌جاي جهان هستي وجود دارند و حاضر هستند. اگر پيچ و تابهاي موجود در حفره‌هاي ماري (حفره‌هاي تكيني) باعث آشكار شدن يك چاله‌ي جديد در بعد فضا – زمان مي‌شوند، پس مي‌توان نتيجه گرفت كه جهان هستي مثل يك كف‌گير يا صافي فضايي در حال نشست كردن است؟ اگر اينگونه است، پس محتوياتش به كجا مي‌روند؟
۶) جهان هستي از چه چيز ساخته شده است؟
دريغ و افسوس كه اين سردرگمي همچنان ادامه دارد. فيزيكدانها دقيقاً نمي‌دانند و مطمئن نيستند كه آنجا چه چيزهايي هست. در نجوم اينگونه مطرح مي‌شود كه آنچه شما مي‌بينيد، دقيقاً آنچه نيست كه وجود دارد. ستاره‌ها، سياره‌ها و توده‌هاي غبار موجود در فضا از اتمهاي معمولي تشكيل شده‌اند. اما براي هر گرم از اجرام معمولي در جهان هستي، چندين گرم اجرام ناديده و ناشناخته وجود دارد.
ما اين را از نوع حركت ستاره‌ها مي‌دانيم. كهكشان راه شيري بيش از حد تند مي‌چرخد و اين براي نيروي جاذبه ايجاد مشكل مي‌كند كه همه‌ي اجسام و اجرام قابل مشاهده‌ي بر روي آن را نگاه دارد. ستاره‌هاي اطراف نيز اگر مقدار زيادي از اجرام و اجسام فضايي در اطرافشان در حال كشيده شدن نبودند، حتماً سقوط مي‌كردند. كهكشانهاي ديگر نيز همين‌گونه اند. حجم زيادي از مواد و اجرام ناديده و ناشناس در بين كهكشانها وجود دارند كه آنها را به دسته‌هاي در حال جنب و جوش و آسياب كردن تبديل مي‌كنند.
اگر جهان هستي را يك كل در نظر بگيريم، آنگونه كه گسترش پيدا مي‌كند و پس‌زمينه‌ي كهكشاني در حال ساطع كردن امواج گرمازا (پس‌فروزشهاي در حال محو شدن پس از انفجار بزرگ) يعني همه‌ي اجزاي ظاهري و قابل رويت جهان هستي، به وجود يك اصل فراگير و نافذ اشاره مي‌كنند، يعني جهان پنهان هستي.
تئوريهاي اين‌چنيني در مورد ماهيت ماده يا "جرم تاريك" باز هم وجود دارند. از دسته‌هاي بزرگ سياهچاله‌هاي فضايي گرفته تا ذرات ريز تجزيه شده بر اثر انفجار بزرگ. اساساً در اين مورد، سه ايده‌ي اصلي وجود دارد. نخستين ايده، نظريه‌ي "انرژي تاريك" است كه مانند اجرام محو و پنهان درون فضا به شكل يكسان و يكنواخت پراكنده شده‌اند، رفتار مي‌كند. مشاهدات به ما نشان مي‌دهد كه اين اجرام مي‌توانند بيش از دو سوم كل مواد جهان هستي را تشكيل دهند. نظريه‌ي دوم، نظريه‌ي "اشياي نوراني فشرده و حجيم" معروف به MACHO است. اشيايي مانند كوتوله‌هاي قهوه‌يي فضايي! فضانوردان، برخي از آنها را كشف كرده‌اند اما براي تشكيل دادن باقي‌مانده‌ي جهان هستي، اين اشيا بسيار ناچيز هستند.
در نهايت، اجزا و ذرات ريز زيراتمي مانند نوترونها را داريم. اين اجرام روان و سيال به سختي با ديگر اجرام و مواد تعامل مي‌كنند و بسيار گنگ و نامعلوم به نظر مي‌رسد كه آيا آنها به كره‌ي زمين هم وارد مي‌شوند يا نه. تعداد بسيار زيادي از آنها وجود دارند كه شايد هر گروه يك ميليارد نوتروني از آنها، فقط به اندازه‌ي يك نوترون در برابر تمام مقادير موجود در گيتي به حساب بيايد اما احتمالاً اين ذرات جرم بسيار كمي دارند و بخش كوچك و ناچيزي از مواد و اجرام موجود در جهان را تشكيل مي‌دهند.
تئوريسين‌ها معتقد به وجود نوع ديگري از ماده‌هاي پرنفوذ هستند كه جرم قابل توجه و فراواني دارند و به عنوان WIMP يا "ذرات حجيم كم‌تعامل" شناخته مي‌شوند و آزمايشها براي به دست آوردن و جمع‌آوري آنها در حال انجام است.
ايده‌هاي عجيب و هيجان‌انگيز ديگري مانند مواد و اجرام پنهان شده در بعد چهارم يا وجود يك جهان ديگر در سايه‌ي كهكشهانهاي شناخته شده نيز مطرح شده‌اند. شايد ماهيت جهان تاريك، مركبي از بسياري چيزها باشد كه بسياري از آنها هنوز هم ناشناخته‌اند. آنچه كه واضح و مبرهن است اينكه به نظر مي‌رسد اتمهاي معمولي و رايجي كه ما و كره‌ي زمين از آنها ساخته شده‌ايم، تنها بخش كوچكي از كل جرم و ماده‌ي موجود در جهان هستي را شامل مي‌شود كه بخش عمده‌ي آن را ناشناخته‌ها تشكيل مي‌دهند.
۷) اين سوالهاي من از كجا مي‌آيند؟
هوشمندي و آگاهي انسانها از كجا مي‌آيد؟ چرا برخي الگوها و صفحات سلولي الكتريكي مانند صفحات سلولي در مغز، داراي احساس و انديشه هستند در حالي كه برخي ديگر از اين صفحات مانند سلولهاي سراسري در دستگاه گوارش يا دستگاه تنفسي احتمالاً چنين احساساتي را ندارند؟ يا از سوي ديگر، چگونه مي‌شود كه مفاهيم انتزاعي و غيرجسماني مانند تفكرات يا آرزوها مي‌توانند الكترونها و يون‌ها را به سمت مغز حركت دهند و دستگاه حركت فيزيكي بدن را تحريك نمايند؟
يا آيا اين سوالات فقط مغلطه‌ي بي‌معنا و بي‌مورد مفاهيم هستند؟ آيا فيزيكدانها اين سوالات را به راحتي پاسخ مي‌دهند؟ عده‌يي فكر مي‌كنند كه اين سوالها براي فيزيكدانها، به آساني پاسخ داده مي‌شوند. ارتباط دادن جهان مادي و جهان معنوي، چيزي است كه اكثر فيزيكدانها از آن اجتناب و دوري مي‌كنند. اما اگر فيزيك مدعي باشد كه يك علم جهان‌شمول و عمومي است، مي‌توان نتيجه‌گيري كرد كه آگاهي و معرفت علمي، تعريفي عام و تلفيقي از هر دوي اين مفاهيم است.
مكانيك كوانتومي به عنوان يك كليد در اين زمينه شناخته شده است. بيشتر به اين دليل كه ناظر بيروني، نقشي اساسي در تعريف و تعبير سيستمهاي كوانتومي بازي مي‌كند. اما هنوز راه زيادي مانده تا اين موضوع روشن شود كه تاثيرات كوانتومي مي‌تواند به كل دستگاه و مجموعه‌ي نورونها و سلولهاي عصبي برسد يا نه.
شايد كليد رسيدن به پاسخ، رجوع كردن به تعريف زندگي است. هيچ كس نمي‌داند كه دقيقاً چگونه، كجا و چه زماني، حيات شروع شد. شايد تلفيقي از مواد شيميايي بي‌جان، در ابتدا منجر به تشكيل شدن بدن يك موجود زنده شد. به نظر نمي‌رسد كه اين اتفاق به شكل آني و لحظه‌يي و در يك مرحله افتاده باشد و بي‌هيچ گفت‌وگويي، مي‌توان ادعا كرد كه يك فرآيند فيزيكي پيچيده و طولاني طي شده اما هنوز مشخص نيست كه اين سير تكامل حيات، از مشكلات و مسايلي است كه بايد در حوزه‌ي فيزيك بررسي شود يا نه.
گاهي اوقات ادعا مي‌شود كه زندگي بر پايه‌ي قانونهاي فيزيكي نوشته شده است. البته اين مساله درست است كه اگر اين قوانين اندكي متفاوت بودند، زندگي به طور كلي دگرگون مي‌شد اما هيچ چيزي در اين قانونهاي شناخته شده وجود ندارد كه جسم يا مفهومي را به ساماندهي در زندگي مجبور كند. اگر قانون حيات نيز در طبيعت وجود داشته باشد، نمي‌توان در لابه‌لاي قانونهاي فيزيكي آن را يافت كه خاستگاهش، نظرياتي چون تئوري اطلاعات و... است. علاوه بر اينها، يك سلول زنده، نوعي از ماده‌ي ناشناخته و جادويي نيست كه يك سيستم و نظام بسيار پيچيده‌ي پردازش و تكرار اطلاعات است.
قوانين حاكم بر تئوري اطلاعات يا تئوري پيچيدگي، همچنان مورد استفاده هستند. در سطح مشابه و از سوي ديگر، همانطور كه اروين شرودينگر در دهه‌ي ۱۹۲۰ ادعا كرده بود، مكانيك كوانتومي نيز نقش مهمي در تاريخچه‌ي حيات بازي مي‌كند.
هرچند كه قوانين مربوط به پردازش كوانتومي اطلاعات، به شكل قابل ملاحظه‌يي با سيستمهاي كلاسيك بيولوژيك تفاوت دارند اما مي‌توانند كليدي براي حل اين مشكلات و پاسخ به اين سوالها باشند.
