دو عدد خطرناک که شاید نشانی از پایان علم فیزیک باشند

خط فکری جدید و بحث برانگیزی که اخیرا در بین فیزیک‌دانان در حال گسترش است، ایده‌ی رسیدن به حد مطلق درک ما از جهان هستی در چارچوب علم است.

هری کلیف؛ یکی از فیزیک‌دانان موسسه‌ی تحقیقاتی CERN می‌گوید:

طی چند سال آینده مشخص خواهد شد که آیا ما قادر به ادامه افزایش درک خود از طبیعت خواهیم بود یا اینکه برای اولین بار در تاریخ علم با سوالاتی مواجه خواهیم شد که قادر به پاسخگویی به آن‌ها نیستیم. علت رسیدن به این محدودیت نیز آن است که قوانین فیزیک اجازه نخواهند داد.

اما کلیف در بطن صحبت‌های خود به دو عدد خطرناک جهان هستی اشاره می‌کند. این دو عدد دلیل وجود تمام مواد، ساختارها و حیاتی است که ما در سراسر کیهان شاهد آن‌ها هستیم. طبق گفته‌ی کلیف اگر مقدار این دو عدد به میزان بسیار کمی متفاوت بود، جهان هستی بدل به فضایی خالی و فاقد حیات می‌شد.

عدد خطرناک اول: قدرت میدان هیگز

اولین عدد خطرناک در لیست کلیف به قدرت یک میدان انرژی نامرئی اشاره دارد که فیزیک‌دانان از آن به میدان هیگز یاد می‌کنند. این میدان شباهت‌هایی با میدان مغناطیسی که در سراسر کیهان شاهد آن هستیم، دارد. ذرات مختلف در اثر حرکت در داخل میدان هیگز، با جذب جرم به تدریج به پروتون‌، نوترون و الکترون‌ اتم‌های سازنده‌ی بدن انسان‌ها و تمام اجسام و اجرام اطراف ما تبدیل می‌شوند. بدون وجود این میدان، حیاتی هم وجود نداشت.

در حال حاضر به دلیل کشف بزرگ صورت گرفته در سال ۲۰۱۲ در سرن که به موجب آن فیزیک‌دانان ذره‌ی بنیادی جدیدی را موسوم به بوزون هیگز شناسایی کردند، تقریبا با قطعیت می‌توان از وجود میدان هیگز مطمئن بود. از لحاظ تئوری نمی‌توان بدون وجود میدان هیگز، ذره‌ی هیگز بوزون را در دست داشت. اما موردی بسیار عجیب در مورد میدان هیگز وجود دارد که کماکان ذهن فیزیک‌دانانی همچون کلیف را به خود مشغول کرده است.

طبق گفته‌ی کلیف بر اساس نظریه‌ی نسبیت عام و نظریه‌ی مکانیک کوانتوم اینشتین؛ نظریه‌هایی که ابزار درک ما از کیهان در دو مقیاس بسیار بزرگ و بسیار کوچک هستند، میدان هیگز تنها باید یکی از دو عملکرد زیر را اجرا کند:

یا باید غیر فعال باشد، به این مفهوم که قدرت آن صفر بوده و قادر به جرم‌دهی به ذرات نباشد، یا اینکه باید فعال بوده و بر اساس تئوری میزان قدرت آن فوق‌العاده بالا باشد. اما فیزیک‌دانان در عمل شاهد وقوع هیچ‌کدام از این دو سناریو نیستند.

کلیف می‌گوید:

در عمل میدان هیگز به صورت جزئی فعال است و قدرت آن در حدود ۱۰ هزار تریلیون برابر ضعیف‌تر از قدرت بیشینه‌ی این میدان است، تقریبا مشابه چراغی که کلید آن در نزدیکی حالت خاموش گیر کرده است. مقدار واقعی قدرت میدان هیگز بسیار مهم است چرا که اگر قدرت این میدان تنها به میزان بسیار کمی با مقدار فعلی خود تفاوت داشت، شاهد هیچ نوع ساختار فیزیکی در جهان هستی نبودیم.

در حال حاضر چرایی ضعیف بودن میدان هیگز فهم از جهان هستی را به چالش می‌کشد. فیزیک‌دانان امیدوارند تا با شناسایی ذرات جدید در شتاب‌دهنده‌ی ذره‌ای بهبود یافته‌ی سرن، قادر به پاسخگویی به این سوال شوند.

عدد خطرناک دوم: قدرت انرژی تاریک

فیزیک‌دانان عدد دوم از لیست کلیف را به عنوان بدترین پیش‌بینی نظری در تاریخ علم فیزیک می‌نامند. این عدد خطرناک با اعماق فضا و یک پدیده‌ی بسیار پیچیده موسوم به انرژی تاریک سر و کار دارد. انرژی تاریک عبارت است از یک نیروی دافعه که باعث شتاب‌دار شدن فرآیند انبساط جهان هستی می‌شود. مقدار این انرژی برای نخستین بار در سال ۱۹۹۸ سنجیده شد.

کلیف در این مورد می‌گوید:

ما از ماهیت انرژی تاریک آگاه نیستیم، اما بهترین ایده در خصوص انرژی تاریک، انرژی فضای خالی و در حقیقت انرژی خلاء است. اگر این موضوع حقیقت داشته باشد، بنابراین حاصل‌جمع انرژی کل فضای خالی معادل قدرت انرژی تاریک خواهد بود. اگرچه دانشمندان فیزیک نظری قبلا این کار را انجام داده‌اند، اما با این حال یک اشتباه بزرگ در مورد جواب آن‌ها وجود دارد.

کلیف می گوید:

قدرت انرژی تاریک باید به میزان ۱۰ به توان ۱۲۰ برابر بیش‌تر از میزان قابل مشاهده از طریق ستاره‌شناسی باشد. این عدد به قدری بزرگ است که امکان سنجش بزرگی آن در ذهن انسان امکان پذیر نیست، این عدد ۱۰۰۰ تریلیون، تریلیون، تریلیون برابر بیش‌تر از تعداد اتم‌های موجود در جهان ‌هستی است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که پیش‌بینی صورت گرفته بسیار بد و ناشیانه بوده است.

از یک طرف باید خوشحال بود که مقدار انرژی تاریک از مقدار پیش‌بینی شده برای آن توسط دانشمندان کم‌تر است. اگر مدل‌سازی تئوری فیزیک‌دانان صحیح بود، در این صورت میزان نیروی دافعه‌ی تولید شده به قدری زیاد بود که جهان هستی را از هم می‌شکافت. در این صورت نیروی بنیادی که باعث پیوند اتم‌ها به هم می‌شود، توان مقابله با این نیرو را نداشت و بنابراین کهکشان‌ها، ستاره‌ها، سیارات و حیات نیز در جهان هستی شکل نمی‌گرفت.

اما از طرف دیگر این موضوع مایه‌ی تاسف است که ما قادر به استفاده از تئوری‌ها و دانش فعلی خود برای توسعه‌ی سنجشی بهتر از انرژی تاریک به نحوی که با مشاهدات‌مان سازگاری داشته باشد، نیستیم. مسلما یافتن راهی برای درک چرایی میزان قدرت انرژی تاریک و میدان هیگز حتی از بهبود تئور‌ی‌های کنونی نیز مهم‌تر خواهد بود.

احتمالا یافتن پاسخ غیرممکن باشد

کلیف معتقد است تنها یک راه برای یافتن پاسخ وجود دارد، اما احتمالا هیچ‌گاه قادر به اثبات آن نباشیم. وی می‌گوید:

اگر ما به نحوی قادر به تایید این موضوع باشیم که جهان ما تنها یکی از میلیاردها جهان موازی دیگر است، در این صورت قادر به درک علت اینکه این اعداد خطرناک دارای چنین مقادیری هستند خواهیم بود، چرا که در بسیاری از جهان‌‌های موازی، انرژی تاریک به قدری زیاد است که جهان هستی از مجموعه‌ی جهان‌های موازی جدا شده و میدان هیگز به قدری ضعیف است که هیچ اتمی قادر به شکل‌گیری نیست.

برای اثبات این موضوع، فیزیک‌دانان باید ذرات جدید دیگری را برای تایید صحت تئوری‌هایی چون تئوری ریسمان که وجود جهان‌‌های موازی را پیش‌بینی می‌کند، شناسایی کنند. در حال حاضر تنها در یک نقطه از دنیا احتمال تولید چنین ذره‌هایی (با فرض وجود آن‌ها)، وجود دارد؛ برخورددهنده هادرونی بزرگ در موسسه‌ی تحقیقاتی سرن.

فیزیک‌دانان تنها دو تا سه سال (تا قبل از تعطیل شدن برخورددهنده هادرونی بزرگ، توسط موسسه‌ی سرن با هدف بروزرسانی و بهبود این برخورد دهنده،) برای اثبات آن فرصت دارند. طبق گفته‌ی کلیف، اگر تا آن زمان قادر به یافتن پاسخ نباشیم، احتمالا به نقطه‌ی پایان نزدیک شده‌ایم. وی می گوید:

احتمالا وارد دوره‌ای جدید از دنیای فیزیک خواهیم شد، دوره‌ای که در آن شاهد پدیده‌های عجیبی بوده و قادر به یافتن علت آن‌‌ها نخواهیم بود. دوره‌ای که پیام‌آور این موضوع است که ما در جهانی موازی زندگی می‌کنیم که دور از دسترس است. دوره‌ای که قادر به یافتن پاسخی برای این سوال نیستیم که چرا هستی به جای نیستی وجود دارد.