ذرات نفوذ ناپذير

اشياء معمولا آنچنانكه به نظر مي رسند، نيستند. به عنوان يك دانشمند، اين مساله يك دردسر جدي براي شما نيست. بلكه سر و كله زدن با چنين ترديد ها و استخراج دانش شهودي از آنها ، براي شما يك كار فكري محسوب مي شود. اما گاهي اوقات، اصول به طور ناراحت كننده اي ناسازگار مي شوند...

ذرات قديمي

اين ايده كه جهان از «جوهر» ي به شكل تعداد زيادي ذرات ريز ساخته شده است، قديمي است. فيلسوفان يونان باستان، خصوصا «دموكريتوس» ، كسي كه نخستين بار مفهوم «اتم» ها را بنا نهاد، انرژي زيادي مصروف انديشيدن به پاسخ اين پرسش كرد. در طليعه دانش مدرن، تحت تاثير «دكارت» و «نيوتن» در قرن شانزدهم، تئوري هاي ذرات در مورد پديده هاي طبيعي، به صورت «مد روز» در آمد. حتي بر اثر تفكرات نيوتن، نور نيز بايد به صورت يك پديده ذره اي توصيف مي شد، اما طبق معمول، سؤال در مورد ماهيت اين ذرات، بي جواب ماند.

طبيعت پيوسته

يك مفهوم به كلي متفاوت ديگر، كه به عنوان مثال مي توان از محيط هاي پيوسته اي كه موج ها را درون خود منتقل مي كنند نام برد، منشا خود را در همان زمان در علم پيدا كرد. «هويگنس» ، كه اصل انتشار موج را به افتخار او نامگذاري كرده اند، پيشنهاد كرد نور به عنوان جسمي كه به طور پيوسته جريان دارد، و ساختار آن ساختار بخصوصي است، در نظر گرفته شود. يك «جبهه موج» مي تواند نتيجه هر نقطه اي در فضا در تلقي شود كه در آن موج خود منبع خود است. در زمان او، تجهيزات اپتيكي آنقدر دقيق نبودند كه بتوان اين تمايز ها را آشكار كرد، اما دو قرن بعد، «نور به عنوان پديده اي موجي» ، صورتي مقبول به خود گرفت. در حقيقت، ماهيت كل طبيعت به شكلي «موجي» در نظر گرفته شد و حتي مانند مفهوم «گرما» به مثابه يك «سيال كالريك» نيز پذيرفته شد. توسعه اينچنين مفهومي نفوذي در تفكر علمي پيدا كرد كه مي توان به مقاومت جامعه فيزيكي قرن نوزدهم در برابر پذيرفتن مفهوم «مولكول» ، به عنوان يك ذره، بطور مثال اشاره كرد.

ذرات مدرن

ديدگاهي كه غير فيزيكدانها در مورد طبيعت ذرات دارند، به اواخر قرن نوزدهم و اوايل قرن بيستم بر مي گردد. فيزيكدان اتريشي، «لودويگ بولتزمن» نشان داد ايده قديمي «پيوستگي» طبيعت، مي تواند به خوبي از اغمال قوانين مكانيك كلاسيك در مورد تعداد زيادي ذره ريز به دست آيد. دانش شيمي نشان داد كه مولكول مي تواند به عنوان جسم ريزي كه اتم را در بر دارد، تصور شود. پيروزي بزرگ زماني به دست آمد كه مشخص شد بسياري از خواص اتم ها مي توانند توسط سه جزء ذره اي ساده : پروتون و نوترون كه در هسته اتم قرار دارند، و الكترون توضيح داده شوند. دنيا چه جاي قشنگي مي شد : سه توپ ريز بيليارد، تمامي تنوع شگفت آور جهان اطراف ما را به وجود آورده اند.

شكل 1: نيلز بوهر، به دنبال آن بود كه بحث هاي مربوط به «طبيعت واقعي» ذرات را با توصيف آنها به صورت «هم موجي و هم ذره اي» حل و فصل نمايد.

ذرات پسا مدرن

جهان پست مدرن، قبل از آنكه جهان مدرن تمام شود، شروع شد، حداقل در جهان فيزيك چنين بود. اينچنين از آب در آمد كه سه ذره بنيادي اجسام، مانند چنين توپ هاي بيلياردي نيستند. مكانيك كوانتوم، آخرين تلاش بشري براي توافق با چنين واقعيتي است. در نخستين نيمه قرن بيستم، نظريه هاي موجي كه به توصيف پديده ها مي پرداختند، در تفسير فيزيكي شگفتي هاي موجود در اينكه اين ذرات چگونه رفتار مي كنند، شكست خوردند. سپس «نيلز بوهر» ( شكل 1) با توصيف آنها به صورت « هم ذره اي و هم موجي» ، به دنبال شكستن اين مفهوم كه «ذرات ماهيت صحيح دارند» بر آمد. البته، اگر شما اين « نظريه تكميلي» را باور كردني مي دانيد، حرفي نيست، ولي من به اين شكل تصور كه «آنها نه ذره اند و نه موج» اعتقاد بيشتري دارم. پس ماهيت اين اشياء گريزان كه آنها را ذره مي ناميم، چيست؟

 

شكل 2: كوارك ها در پروتون ها، نوترون ها و ديگر تركيبات

بگذاريد تثليث «الكتروني-نوتروني- پروتوني » را به يك باغ وحش  كوچك شامل 6 كوارك، 3 نوع الكترون و سه نوع نوترينو تبديل كنيم. هنوز هم براي توصيف تمام موجودات بد نيست. نه، معماي واقعي طبيعت اين ذرات است، نه تعدادشان. كشف خواص موجي آنها كلام آخر نبوده است، براي اين امواج كه به كلي با هر نوع موجي كه ما تاكنون با آنها برخورد داشته ايم، متفاوت بوده اند. در حقيقت، موج هاي كوانتومي، اصولا شبيه موج هايي كه شما در ساحل مي بينيد، نيستند. در بهترين حالت، آنها «موج هاي احتمال» هستند. اين موج ها ي احتمال، داخل بسته هاي موجي هستند كه مي توانيم آنها را بگيريم يا كنار بگذاريم. اين بسته ها ، همان هايي هستند كه آنها را به عنوان «ذره ها» مي شناسيم. عجب بازي بيليارد سختي شد، مگر نه؟

 

شكل 3: زماني كه موج ها از منابع چندگانه مخلوط شده و «تداخل» مي كنند.

اما آن موج هاي احتمال، حقيقتا موج هاي احتمال واقعي نيستند! آنها فقط سرعت هاي ممكن پايين هستند . اما اگر اين سرعتها بالا باشند، يعني به سرعت نور نزديك شوند، اين ذرات ماهيت ميداني حقيقي خود را آشكار مي كنند.  خوب؛ حالا اينها از كجا آمدند؟ فيزيك ذرات نوين، اصطلاح «ميدان هاي كوانتومي» را بكار مي برد. عوامل (ميدان هاي) پيوسته اي كه تاثير آنها ذرات مجزايي را نتيجه مي دهد. اينها بعضي از چيزهاي گرانقيمتي هستند كه خانواده سلطنتي نياز دارد، اما فيزيك چه؟

وجوه بيشتر و بيشتري از آنچه طبيعت با قدرت از افشاي آنها جلوگيري مي كرده، در مورد ذرات مادي در حال برملا شدن است. حتي ريسمان ها در «نظريه ريسمان ها» نيز طناب واقعي نيستند.

در انتهاي همه چيز       

اجسام از توپ هاي بيلييارد كوچك ساخته نشده اند. اين، آن چيزي است كه در صورت عدم خواست توسعه آن، به اجسامي بدون بعد، بدون جاي مشخص، بدون سرعت مشخص و بدون تعداد دقيق بر مي خوريم.  چيز هايي كه طبيعت آن را تغيير مي دهند، بار آنها، كه داراي دست چپ و راست مشخص هستند، ( با واكنش ضعيف) . چيزهايي كه «داغ» به نظر مي رسند، براي يك ناظر شتابدار، در خلا، (اثر «اونروه») . خانواده اي از اشياء كه بعضي از آنها محدود به نامرئي بودن در بيشتر مدت زمان حيات خود هستند ( ذرات با واكنش قوي). من حدس مي زنم فيزيك، كه در دوران طولاني به عنوان دانشي مادي كه فقط با اشياء بي جان و بي حركت  و نيروهاي بي روح و برهمكنش هاي بين آنها سر و كار دارد، به پايان همه چيز رسيده است. به عنوان عميق ترين سطحي كه بشر به آن دست يافته، طبيعت به نظر مي رسد به طور بي نهايت زيرك تر و غريب تر از گذشته است. جاي شگفتي بزرگ آنجا است كه ما هرگز قادر به درك ژرفاي آن نبوده ايم.

ترجمه: امير مهدي زربو

كارشناس فيزيك اتمي از دانشگاه صنعتي اميركبير

منبع:

 http://www.thenakedscientists.com/