اما فیلسوفان علمی قرن بیستم، در تكاپو بودند تا روش های بهتری را جایگزین آن كنند. و این سیر منطقی تكامل اندیشه در طول تاریخ حیات انسان است. در فلسفه ی علم قرن بیستم، دو دیدگاه از بقیه دیدگاه ها بیشتر مورد توجه واقع شد. یكی دیدگاه ابطال پذیری پوپر بود و دیگری نظزیه انقلاب های علمی كوهن. كوهن به یك چرخش تاریخی تكیه می كند و معتقد می شود كه علم یك سیستم پویاست و به جای معرفت شناسی علم به جامعه شناسی علم توجه می كند. وی نشان داد كه علم تكامل تدریجى به سمت حقیقت ندارد بلكه دستخوش انقلاب هاى دوره اى است كه او آن را تغییر پارادایم مى نامد. پارادایم یكى از مفاهیم كلیدى كوهن است او معتقد است پارادایم (نظام) یك علم تا مدت هاى مدید تغییر نمى كند و دانشمندان در چارچوب مفهومى آن سرگرم كار خویش هستند. اما دیر یا زود بحرانى پیش مى آید كه پارادایم را درهم مى شكند و انقلاب علمى به وجود مى آید كه پس از مدتى، پارادایم جدیدى به وجود مى آید و دوره اى جدید از علم آغاز مى شود. مثال هاى كلاسیك تغییر پارادایم عبارتند از: 1- كار گالیله كه باعث برانداختن فیزیك ارسطویى و ایجاد نسبیت گالیله اى شد 2- كار كپلر كه باعث كشف بیضوى بودن مدار سیارات شد 3- ابداع فیزیك جدید توسط نیوتن 4- نسبیت عام و خاص اینشتین 5- مكانیك جدید كوانتوم كه باعث كنار گذاشتن مكانیك كلاسیك شد.

كوهن در تحلبل خود از مثال جایگزینى تئورى نسبیت اینشتین بجاى تئورى مكانیك نیوتون كه در پى بحران ناشى از آزمابشات مربوط به نور مایكلسون- مورلى بوجود آمده سود جسته است.

اگر نظریه انقلاب های علمی كوهن را باور داشته باشیم، از توجه به این نكته نیز نباید غافل شد كه زیر بنای هر انقلابی را اندیشه های نو شكل می دهد> آنگاه باید با پوپر همصدا شد كه

برای رسیدن به اندشه های نو، هیچ دستور منطقی نمی توان تجویز كرد

انقلاب نسبیت در اندیشه های اینشتین بارور شد و انقلاب مكانیك كوانتوم از اندیشه های پلانك سر در آورد

اندیشه های پلانك

تا پایان قرن نوزدهم، فیزیك دان ها بر این باور استوار بودند كه توانایی فیزیك كلاسیك برای كشف تمام دانستنی ها قطعی است و حل مسائل صرفاً محتاج زمان و كوشش كافی خواهد بود. اما علی رغم تلاشهای پیگیر گروه كثیری از دانشمندان برجسته آن زمان، هیچكدام از فرضیات پیشنهادی توفیقی در ارائه یك منحنی شدت - فركانس كه منطبق با نتایج آزمایشی باشد به دست نیاورد. به طور خلاصه، هیچیك از محاسبات مبتنی بر تشعشعات اتمی در امتداد یك محور ممتد فركانس قادر به عرضه منحنی صحیح نشد.

درسال 1900، ماكس پلانك فیزیك دان آلمانی اعلام كرد كه با فرض یك تشعشع الكترومغناطیسی خفیف (در طول موج یا در فركانس)، منحنی فرضی بدست آمده كاملاً با منحنی ناشی از آزمایش منطبق خواهد بود. این رویداد شروع عصر مكانیك كوانتومی را رقم زد. به دلیل اینكه پلانك موفق به تعریف انعكاس جسم سیاه شد جایزه نوبل فیزیك را درسال 1918 به خود اختصاص داد. قسمتی از توضیحات وی در خطابه اش كه هنگام دریافت جایزه در دوم ژوئن 1920 قرائت كرد، چنین است:

«تلاش من در طول سال ها حل مسئله تقسیم انرژی در طیف معمول تابش حرارت بود. پس از اینكه گوستاو كیرشهوف (1887-1824) نشان داد كه وضعیت تشعشعات حرارتی، در درون یك محفظه كه جداره آن متشكل از ماده ای باشد ساطع كننده و دریافت كننده تشعشعات و واجد دمای یكنواخت، به هیچ وجه وابسته به جنس جداره نیست، وجود یك ارتباط كلی میان میزان حرارت با طول موج بدون هیچ دخالتی از نظر جنس ماده ی تشكیل دهنده ی جداره آشكار شد. كشف این ارتباط شگفت انگیز، امید فهم عمیق تری در مورد رابطه ی انرژی با حرارت، كه در واقع مسئله ی اساسی ترمودینامیك را و كلّاً فیزیك مولكولی است، به وجود می آورد. ...

من در آن زمان، با امیدی، كه امروز قطعاً با تبسمی از جانب شنونده بسیار ساده لوحانه انگاشته خواهد شد، می اندیشیدم كه در صورتی كه قوانین ترمودینامیك كلاسیك را به گونه ای كلی طرح كنیم و از فرضیه های جزئی پرهیز كنیم، بخش عمده موضوع مورد نظر را در محیط فهم خود در خواهیم آورد و بدین ترتیب به مقصود خود خواهیم رسید. ...

به موازات این طرح، طرح های دیگری نیز فقدان بخش مهمی كه به گسستی اساسی در زنجیره ی تحلیل و فهم كلی پایه های مسئله را منجر می شد، روز به روز آشكارتر می نمودند.

پس از به دست آوردن فرمول ریاضی جدیدی برای تعریف تابش، وقت خود را صرف توضیح آن به گونه ای كه با واقعیت فیزیكی تطبیق كند كردم؛ حل این مشكل طبیعتاً سیر فكری مرا تا بررسی ارتباط موجود میان تئوری بی نظمی یا آنتروپی و تئوری احتمالات پیش برد و نتایجی كه از این گذر به دست آمد با عقاید بولتزمن هماهنگی كامل داشت. سرانجام پس از چند هفته كه سخت ترین دوره ی كاری زندگیم بود، نور در ظلمت تابیدن گرفت و دورنمایی غیر قابل تصور در برابر دیدگانم باز شد. ...

چون [ وجود یك ثابت درقانون تشعشع] نمایانگر حاصل انرژی در زمان است، ... من آنرا به عنوان «كوانتوم اولیه كنش» تعریف كردم. ...

مادامی كه كوانتم مورد نظر بینهایت كوچك در نظر گرفته می شد ... مشكلی نبود؛ ولی بطور كلی كمبودهای زیادی در گوشه و كنار تئوری ظاهر می شد و هر چه ارتعاشات ضعیفتر و سریعتر بودند این اختلاف بیشتر جلوه می كرد. طولی نكشید كه ناكامی هر گونه تلاش آتی برای جبران این كاستی ها بر من آشكار شد. به نظر می آمد كه یا كوانتوم كنش یك كمّیت خیالی بیش نیست، و در این صورت استنتاج قانون تابش در مجموع جز یك برداشت مجازی و یك بازی بی محتوی مبتنی بر فرمول های بی معنی نبوده، و یا قانون تابش بر اساس یك مفهوم فیزیكی واقعی بنا شده، كه در این صورت كوانتوم كنش باید نقش مهم و اساسی ای را در فیزیك ایفا كند؛ امری كه كاملا نوین بود و تا كنون از آن آگاهی ای نداشتیم، و به ناچار ما را به مرور مجدد تمامی مفهومات فیزیكی مان كه بر مبنای حساب انفینیتزیمال (بسیار كوچك) لایپنیتز و نیوتن استوار شده بود و حكم به پذیرش زنجیره ی اتصال علل به معلولات می كرد، وادار می نمود. آزمایشات رأی به صحت فرض دوم صادر كردند.»

در جایی دیگر، پلانك می گوید:

«بلافاصله می كوشیدم تا كوانتم ابتدایی كنش را در قالب تئوری كلاسیك جای بدهم، اما علی رغم تمام كوشش هایم، ثابتی كه یافته بودم در مقابل تمام كوشش هایم به گونه ی انعطاف ناپذیری مقاومت نشان داد... سعی بر وارد كردن كوانتوم ابتدائی كنش در تئوری كلاسیك، به مدت چند سال كوشش های بی حاصل مرا به خود اختصاص داد كه زحمات زیادی را مصروف آن كردم.»

با اینكه منحنی فرضی پلانك با منحنی ای كه عملا از آزمایشات به دست می آمد تطبیق كامل داشت، متأسفانه، برای مدّت حداقل 5 سال، فرضیه ی او مبتنی بر ماهیت خفیف تابش اتمی، تا سال1905 و چاپ مقاله ی اینشتین و شرح آن بر فرضیه ی تأثیرات فوتوالكتریك، استقبال چندانی نیافت. با این حال، تئوری پلانك كه وجود دو سطح انرژی اتمی خفیف را برای توضیح تشعشع جرم سیاه بیان می كرد، و همچنین موضوعی كه او در رابطه با قابل شمارش دانستن انرژی متبادل این اتمها پیشنهاد كرد آغازی بود برای عصر مكانیك كوانتیك.

اندیشه های اینشتین

در اواخر قرن نوزدهم دانشمندان تصور می كردند به توصیـف كامل گیتی نزدیك شده اند. آنان می پنداشتند كه فضا در همه جا با واسطه ای پیوسته به نام اتر پر شده است. پرتوهای نور و علائم رادیویی، امواجی در اتر بودند، درست همان گونه كه صوت، امواج فشار در هواست. تنها چیزی كه برای تكمیل نظریه لازم بود، اندازه گیری دقیق ویژگی های كشسانی اتر بود؛ پس از تعیین این ویژگی ها، همه چیز در جای خود قرار می گرفت.اما به زودی و به تدریج، مغایرت هایی با اندیشه اتر كه تصور می شد همه جا هست، پدیدار شد. انتظار می رفت نور در اتر با سرعت ثابتی حركت نمــــاید. مثلاً، اگر در جهت نور حركت می كردید، انتظار داشتید سرعت آن كم تر به نظر برسد، و اگر در خلاف جهت نور حركت می كردید، انتظار داشتید سرعت آن بیشتر به نظر آید. اما به رغم آزمایش های متعدد، تلاش به منظور یافتن مدركی برای تغییر سرعت نور در اثر حركت در اتر، ناكام ماند.

دقیق ترین آزمایش ها توسط آلبرت مایكلسون و ادوارد مورلی در سال 1887 در مؤسسه كیس كلیولند در اوهایو انجام گردید. آن ها سرعت نور را در دو باریكه كه نسبت به یكدیگر دارای زاویه قائمه بودند، مقایسه نمودند. آن ها چنیـــن استدلال می كردند كه زمین با چرخش به دور محور خود و گردش به گرد خورشید، از میان اتر می گذرد و سرعت نور در این دو باریكه باید متفاوت باشد. اما مایكلسون و مورلی اختلاف روزانه یا سالانه ای میان دو باریكه نور نیافتند. گویی نور، در هر جهتی كه حركت كنی، نسبت به تو با سرعتی ثابت حركت می كند.

جرج فیتزجرالد و دیوید لورنتز، نخستین كسانی بودند كه گفتند اجسامی كه در میان اتر حركت می كنند، منقبض می شوند و ساعت ها كُند می گردند. این انقباض و كندشدگی (اتساع) چنان است كه هركسی به هر نحو كه نسبت به اتر، كه فیتزجرالد و لورنتز آن را ماده ای واقعی می پنداشتند، حركت كند، سرعت ثابتی را برای نور اندازه گیری خواهد نمود.

اما، این آلبرت اینشتاین بود كه اتر را كناری نهاد و مسئله سرعت نور را یك بار برای همیشه حل كرد. او، در ژوئن 1905، یكی از سه مقاله ای را نوشت كه وی را به عنوان یكی از دانشمندان برجسته جهان معرفی كرد- و در این راستا دو انقلاب مفهومی را آغاز نمود كه فهم ما را از زمان، فضا و واقعیت تغییر دادند.

در مقاله 1905، اینشتاین نوشت حال كه نمی توان آشكار ساخت كه آیا در اتر حركت می كنیم یا خیر، اصلاً مفهوم اتر زیادی است. در مقابل، اینشتاین از این اصل آغاز كرد كه قوانین علم باید به دیده همه ناظرانی كه آزادانه حركت می كنند، یكسان بنمایند. به ویژه، ناظران به هر شیوه ای كه حركت كنند، باید همه یك سرعت را برای نور اندازه گیری نمایند.

این، مستلزم رها كردن این اندیشه بود كه كمیتی عام موسوم به زمان وجود دارد كه همه ساعت ها اندازه می گیرند. هر كس، زمان شخصی خود را داشت. ساعت های دو نفر در صورتی با هم هماهنگ بودند كه آن دو نسبت به یكدیگر در حال سكون باشند و نه این كه حركت نمایند. این نكته با چند آزمایش تأیید شد، از جمله آزمایش با ساعت بسیار دقیقی كه دور جهان گردانده شد و سپس با ساعتی كه در محل ساكن مانده بود، مقایسه گردید. اگر می خواستید بیشتر زندگی كنید، می توانستید به سوی شرق پرواز كنید تا سرعت هواپیما به سرعت چرخش زمین افزوده شود. اما خوردن غذای هواپیما همان و از میان رفتن آن كسر بسیار كوچكی از ثانیه كه به عمرتان افزوده می شد، همان.

اصل موضوعه اینشتاین كه قوانین طبیعت باید به دیده تمام ناظرانی كه در حركت آزاد هستند، یكسان بنماید، مبنای نظریه نسبیت بود كه از آن رو چنیــــن نامیده می شود كه حكایت از آن دارد كه فقط حركت نسبی مهم است. زیبایی و سادگی آن برای بسیاری از دانشمندان و فیلسوفان متقاعدكننده بود. اما مخالفت های بسیاری هم به جای مانده بود. اینشتاین دو مطلق علم قرن نوزدهم را واژگون كرده بود: سكون مطلق كه با اتر نمایش داده می شد و زمان مطلق یا عامی كه تمام ساعت ها اندازه گیری می نمودند. مردم می پرسیدند آیا این بدان معناست كه معیار اخلاقی مطلقی وجود ندارد، كه همه چیز نسبی است؟

این ناراحتی در دهه 1920 و 1930 ادامه یافت. هنگامی كه در سال 1921 جایزه نوبل به اینشتاین داده شد، این امر به دلیل كار مهم- اما با معیارهای اینشتاین، جزئیِ- دیگری بود كه در سال 1905 انجام داده بود. به نسبیت، كه تصور می رفت بسیار بحث برانگیز است، اشاره ای نشد. هنوز هم عده ای اعتقاد دارند كه اینشتاین اشتباه كرده است. با این همه، اكنون، جامعه علمی نظریه نسبیت را به طور كامل پذیرفته است و پیش بینی های آن در كاربردهای بیشمار تصدیق شده اند.

یكی از نتایج مهم نسبیت، رابطه میان جرم و انرژی است. این اصل اینشتاین كه سرعت نور باید به دید همه یكسان باشد، نشان می داد كه هیچ چیز نمی تواند از نور سریع تر حركت نماید. آن چه روی می دهد این است كه با مصرف انرژی برای شتاب دادن به ذره یا سفینه، جرم شیء افزایش می یابد و شتاب بیشتر دادن به آن را دشوارتر می سازد. شتاب دادن به ذره تا سرعت نور ناممكن است زیرا به مقداری نامتناهی انرژی نیاز دارد. هم ارزی جرم و انرژی به اختصار در معادله مشهور اینشتاین، E=mc2 نشان داده می شود، كه شاید تنها معادله فیزیك باشد كه حتی مردم كوچه و خیابان هم آن را می دانند. از جمله نتایج این قانون آن است كه با شكافت هسته اتم ارانیوم به دو هسته با مجموعِ جرمی كه اندكی كمتر است، مقدار زیادی انرژی رها می شود.

هرچند نظریه نسبیت به خوبی در چارچوبِ قوانین حاكم بر الكتریسیته و مغناطیس قرار می گرفت، اما با قانون گرانش نیوتن سازگار نبود. این قانون می گفت اگر توزیع ماده را در یك منطقه از فضا تغییر دهید، تغییر در میدان گرانشی در هرجای دیگری در گیتی بلافاصله احساس خواهد شد. این نه تنها بدان معنا بود كه می توانید علائمی با سرعتی بیش از سرعت نور ارسال كنید (امری كه نسبیت منع می كرد)، بلكه نیازمند زمان مطلق یا عامی نیز بود كه نسبیت آن را به نفع زمان شخصی یا نسبیتی كنار گذاشته بود.

اینشتاین، در سال 1907 كه هنوز در اداره ثبت اختراعات برن بود، از این دشواری آگاهی داشت، اما تا سال 1911 كه به دانشگاه آلمانی پراگ آمد، تفكر جدی در باره این مسئله را آغاز نكرده بود. او دریافت كه میان شتاب و میدان گرانشی رابطه نزدیكی وجود دارد. كسی كه در اتاقكی بسته نشسته است، نمی تواند بگوید آیا در میدان گرانشی زمین در حال ســـكون است، یا موشكی در فضای آزاد به او شتاب می دهد. اگر زمین تخت بود هم می توانستید بگویید سیب به دلیل گرانش روی سر نیوتن افتاد و هم می توانستید بگویید سر نیوتن به سیب برخورد كرد، زیرا او و سطح زمین به سوی بالا شتاب می گرفتند. اما، به نظر نمی رسد كه این هم ارزی میان شتاب و گرانش برای زمین كروی چندان مفید باشد؛ مردم طرف دیگر جهان می بایست در جهت مخالف شتاب بگیرند، اما در فاصله ثابتی نسبت به ما باقی بمانند.

اینشتاین با بازگشت به زوریخ در سال 1912، با توفانی مغزی روبرو گردید. او دریافت اگر در هندسة واقعیت انعطافی وجود داشته باشد، ممكن است هم ارزی شتاب و گرانش مفید باشد. اگر جا-گاه -- (فضا-زمان) چیزی كه اینشتاین ابداع نموده بود تا سه بُعد آشنای زمان را با بُعد چهارم یعنی زمان، در هم آمیزد-- خمیده بود و نه آن گونه كه تصور می شد، تخت، چه؟ تصور وی این بود كه جرم و انرژی جا-گاه را به شیوه ای كه هنوز می بایست آن را تعیین نماید، خمیده می سازند. اشیائی مانند سیب و سیاره تلاش می كنند در جا-گاه در مسیر مستقیم حركت نمایند، اما چنین می نماید كه میدان گرانشی مسیر آن ها را خمیده می سازد، زیرا جا-گاه خمیده است.

اینشتاین با كمك دوست خود. مارسل گروسمان، نظریه فضاها و رویه های خمیده را مطالعه كرد كه برنارد ریمان چونان بخشی از ریاضیات انتزاعی و بدون تصور این كه به جهان واقعی ربطی داشته باشد، پدید آورده بود. در 1913، اینشتاین و گروسمان مقاله ای نوشتند و در آن این اندیشه را مطرح ساختند كه ما نیروهای گرانشی را چونان نِمود این حقیقت می دانیم كه جا-گاه خمیده است. اما به دلیل اشتباه اینشتاین (كه انسان بود و جایزالخطا) نتوانستند معادلاتی را بیابند كه انحنای جا-گاه را به جرم و انرژی درون آن مرتبط سازد.

اینشتاین در برلین، به دور از مسائل داخلی و عمدتاً فارغ از جنگ، به كار ادامه داد تا سرانجام در نوامبر 1915، معادلات صحیح را یافت. اینشتاین در بازدید از دانشگاه گوتینگن در تابستان 1915 در باره اندیشه های خود با دیوید هیلبرت ریاضیدان بحث كرده بود و هیلبرت، مستقل از اینشتاین و چند روز پیش از وی، همین معادلات را یافته بود. با این همه، همان گونه كه هیلبرت اذعان نموده است، افتخار نظریه جدید از آن اینشتاین بود. اندیشه وی، مرتبط ساختن گرانش با خمیدگی جا-گاه بود.

نظریه جدید جا-گاه خمیده را نسبیت عام نامیدند تا آن را از نظریه اولیه بدون گرانش، كه اكنون نظریه نسبیت خاص خوانده می شد، متمایز سازند. در سال 1919 كه هیئت اعزامی انگلیسی به آفریقای غربی، در حین خورشیدگرفتگی (كسوف)، جابجایی اندكی را در موضع ستارگان نزدیك خورشید رصد كردند، این نظریه به طرزی شگفت تأیید شد. همان گونه كه اینشتاین پیشبینی نموده بود، نور این ستارگان با عبور از كنار خورشید، خمیده می شد. این شاهدی است مستقیم بر آن كه فضا و زمان خمیده اند، یعنی بزرگترین تغییری كه از زمانی كه اقلیدس در حدود 300 پیش از میلاد مبانی خود را نوشت، در درك ما از عرصه ای كه در آن زندگی می كنیم، پدید آمده است.

نظریه نسبیت عام اینشتاین، فضا و زمان را از زمینه منفعلی كه رویدادها در آن روی می دهند به شركت كنندگان فعالی در دینامیك كیهان تبدیل نمود. این، به مشكل بزرگی منتهی شد كه در انتهای قرن بیستم، هنوز در پیشانی فیزیك قرار دارد. جهان سرشار از ماده است و ماده جا-گاه را چنان خمیده می سازد كه اجسام به سوی یكدیگر سقوط می كنند. اینشتاین دریافت كه معادلات وی برای توصیف جهانی كه در طول زمان تغییر نمی كند، جوابی ندارند. به جای رها كردن جهان ایستا و جاوید، كه در آن زمان وی و اغلب مردم دیگر بدان باور داشتنـــد، معادلات را با افزودن جمله ای به نام ثابت كیهانی تغییر داد كه فضا را در جهت دیگر چنـــــان خمیده می ساخت كه اجسام از هم دور شوند. اثر رانشی ثابت كیهانی، اثر كششی ماده را خنثی می نمود و جهانی را ممكن می ساخت كه تا ابد به جای خود باقی است.

معلوم شد كه این یكی از بزرگترین فرصت های از دست رفته فیزیك نظری بوده است. اگر اینشتاین به همان معادلات اصلی خود وفادار مانده بود، می توانست پیش بینی نماید كه جهان باید یا در حال انقباض باشد یا در حال انبساط. تا دهه 1920، كه رصدهایی با تلسكوپ 100 اینچی مونت ویلسون انجام گرفت، امكان جهان وابسته به زمان جدی گرفته نشد. این رصدها نشان دادند هرچه كهكشان ها از ما دورتر باشند، سریعتر دور می شوند. به عبارت دیگر، جهان در حال انبساط است و فاصله میان دو كهكشان با گذشت زمان به طرز یكنواخت افزایش می یابد. اینشتاین، بعدها، ثابت كیهانی را بزرگترین اشتباه عمر خود خواند.

پس از جنگ جهانی دوم به متفقین اصرار كرد برای مهار بمب اتمی، حكومتی جهانی برقرار سازند. در سال 1952 ریاست جمهوری دولت جدید اسراییل به وی پیشنهاد شد، اما آن را نپذیرفت. زمانی نوشته بود سیاست امری است لحظه ای در حالی كه معادله به ابدیت تعلق دارد. بهترین گورنوشت و یادمان برای او، معادلات نسبیت عام است.

جهان در طول 100 سال گذشته بسیار بیش از هر قرن دیگری در طول تاریخ تغییر كرده است. دلیل این امر نه سیاسی است و نه اقتصادی، بلكه فناورانه است- فناوری هایی كه مستقیماً از پیشرفت های علوم پایه سرچشمه گرفته اند. بدیهی است كه برای این پیشرفت ها، نماینده ای بهتر از اینشتاین، مرد قرن مجله تایم، وجود ندارد.

نقش متقابل ریاضیات و فیزیك

برخی از متفكرین، ریاضیدان ها را دانشمند مى دانند، چون برهان هاى ریاضى را معادل با آزمایش هاى تجربى مى گیرند، اما برخى دیگر ریاضى را علم نمى شناسند. آنها استدلال مى كنند كه نظریه ها و فرضیه هاى ریاضى قابل آزمون تجربى نیست. چه ریاضى را “علم” بدانیم یا ندانیم، نكته مهم این است كه ریاضى براى علم ضرورى است. مشاهدات جمع آورى شده در علوم تجربى و سنجش آنها نیازمند استفاده از ریاضیات است. حساب احتمالات و آمار و حساب دیفرانسیل و انتگرال، شاخه هایى از ریاضیات هستند كه در علوم تجربى از آنها استفاده مى شود. ریاضیات در واقع ابزارى مفید براى توصیف و شناخت جهان است.

هیچ دانشی به اندازه ی فیزیك از ریاضیات بهره نبرده و در عین حال هیچ دانشی مانند فیزیك در توسعه ی ریاضیات نقش نداشته است. قوی ترین و كاربردی ترین شاخه های ریاضی نظیر حساب دیفرانسیل و آنالیز برداری توسط فیزیكدانان ابداع شده یا توسعه یافته است. اما تحول هیچ بخشی از ریاضیات مانند هندسه متاثر از كشفیات فیزیكی نبوده است. هرچند برخی از ریاضی دانان، ریاضیات را یك دانش مجرد و انتزاعی می دانند كه مستقل از پدیده های فیزیكی قابل بحث است، اما ذهنیت بانیان آن متاثر از عینیت فیزیكی بوده است. قرنها قبل از آنكه فیثاغورث قضیه ی معروف خود را ارائه كند، اهالی بین النحرین آن را بكار می بردند. قرنها پیش از اقلیدس برای ساختن اهرام مصر از اصول هندسه ی اقلیدسی استفاده شده است. صورت بندى «اقلیدس» از هندسه تا قرن نوزدهم پررونق ترین كالاى فكرى بود و پنداشته مى شد كه نظام اقلیدس یگانه نظام هندسی در طبیعت است

در قرن نوزدهم دو ریاضیدان بزرگ به نام «لباچفسكى» و «ریمان» دو نظام هندسى را صورت بندى كردند كه هندسه را از سیطره اقلیدس خارج مى كرد. هندسه اقلیدسى مدلى براى ساختار نظریه هاى علمى بود و نیوتن و دیگر دانشمندان از آن پیروى مى كردند. هندسه اقلیدسى بر پنج اصل موضوعه استوار است و قضایاى هندسه با توجه به این پنج اصل اثبات مى شوند. اصل موضوعه پنجم اقلیدس مى گوید: «به ازاى هر خط و نقطه اى خارج آن خط، یك خط و تنها یك خط به موازات آن خط مفروض مى تواند از آن نقطه عبور كند.» هندسه «لباچفسكى» و هندسه «ریمانى» این اصل موضوعه پنجم را مورد تردید قرار دادند. در هندسه «ریمانى» ممكن است خط صافى كه موازى خط مفروض باشد از نقطه مورد نظر عبور نكند و در هندسه «لباچفسكى» ممكن است بیش از یك خط از آن نقطه عبور كند. با اندكى تسامح مى توان گفت این دو هندسه منحنى وار هستند. بدین معنا كه كوتاه ترین فاصله بین دو نقطه یك منحنى است.

هندسه اقلیدسى فضایى را مفروض مى گیرد كه هیچ گونه خمیدگى و انحنا ندارد. اما نظام هندسى لباچفسكى و ریمانى این خمیدگى را مفروض مى گیرند. (مانند سطح یك كره) همچنین در هندسه هاى نااقلیدسى جمع زوایاى مثلث برابر با 180 درجه نیست. (در هندسه اقلیدسى جمع زوایاى مثلث برابر با 180 درجه است.) ظهور این هندسه هاى عجیب و غریب براى ریاضیدانان جالب توجه بود. اما اهمیت آنها وقتى روشن شد كه نسبیت عام اینشتین توسط بیشتر فیزیكدانان به عنوان جایگزینى براى نظریه نیوتن از مكان، زمان و گرانش پذیرفته شد. چون صورت بندى نسبیت عام اینشتین مبتنى بر هندسه «ریمانى» است. در این نظریه هندسه زمان و مكان به جاى آن كه صاف باشد منحنى است. اینشتین براى تبیین حركت نور از هندسه نااقلیدسى استفاده كرد. بدین منظور هندسه «ریمانى» را برگزید.

اینشتین معتقد بود واقعیات هندسه ریمانى را اقتضا كرده اند. نور بر اثر میدان هاى گرانشى خمیده شده و به صورت منحنى در مى آید یعنى سیر نور مستقیم نیست بلكه به صورت منحنى ها و دایره هاى عظیمى است كه سطح كرات آنها را پدید آورده اند. نور به سبب میدان هاى گرانشى كه بر اثر اجرام آسمانى پدید مى آید خط سیرى منحنى دارد. براساس نسبیت عام نور در راستاى كوتاه ترین خطوط بین نقاط حركت مى كند اما گاهى این خطوط منحنى هستند چون حضور ماده موجب انحنا در مكان - زمان مى شود.

در نظریه نسبیت عام گرانش یك نیرو نیست بلكه نامى است كه ما به اثر انحناى زمان _ مكان بر حركت اشیا اطلاق مى كنیم. آزمون هاى عملى ثابت كردند كه شالوده عالم نااقلیدسى است و شاید نظریه نسبیت عام بهترین راهنمایى باشد كه ما با آن مى توانیم اشیا را مشاهده كنیم. اما مدافعین هندسه اقلیدسى معتقد بودند كه به وسیله آزمایش نمى توان تصمیم گرفت كه ساختار هندسى جهان اقلیدسى است یا نااقلیدسى. چون مى توان نیروهایى به سیستم مبتنى بر هندسه اقلیدسى اضافه كرد به طورى كه شبیه اثرات ساختار نااقلیدسى باشد. نیروهایى كه اندازه گیرى هاى ما از طول و زمان را چنان تغییر دهند كه پدیده هایى سازگار با زمان - مكان خمیده به وجود آید. این نظریه به قراردادگرایى مشهور است كه نخستین بار از طرف ریاضیدان و فیزیكدان فرانسوى «هنرى پوانكاره» ابراز شد

فیزیك مدرن و عقل سلیم

فیزیك مهمنرین عرصه تحولات علمى فرن بیستم را تشكیل مى داد. طرح فرضیه نسبیت در ابنداى این قرن توسط آلبرت اینشتین معناى جدیدى به علم فیزیك داد. دیگر زمان و مكان بعنوان دو موجود بیگانه از هم به حیات خود پایان دادند و دیوار چینى ایكه ماده و انرژى را از هم جدا مى كرد، فرو ریخت. فیزیك از این طریق نگرش نوینى از دنیاى بى نهایت بزرگ هاى نجوم و دنیاى بى نهایت كوچك هاى اتم تدارك دید.

مكانیك كوانتومى جدید مى گوید كه وضعیت هر دستگاهى از ذرات، كاملاً با تابع موج اش مشخص مى شود اما این تابع موج، به جاى آنكه، همانند مكانیك كلاسیك محل و سرعت دقیق هر ذره را مشخص سازد، تنها احتمال وقوع ذره در محل هاى خاص، با سرعت هاى خاص را تعیین مى كند، به شرط آنكه اندازه گیرى هاى مناسب انجام گیرد.

فیزیك بعنوان مثبت ترین رشته از علوم طبیعى نشان داد كه حتى عمومی ترین قوانین آن هم، تنها در محدودیت معینى صدق مى كنند.

پیشرفت هاى بعدى فیزیك موجود جدیدی به نام اطلاعات را هم به لیست ماده و انرژى افزود. حتى شواهدى وجود دارد كه نشان می دهد انتقال اطلاعات در ذرات اتمى سریعتر از نور است. این پدیده لزوم مدلى بهنر از نسبیت را آشكار ساخته است، چرا كه نسبیت اساسأ اهمیتى براى اطلاعات در مجموعه ى تشكیل دهنده ى جهان قائل نیست.

نسبیت درك جدیدی از هندسه مطرح مى كند كه مبانى جهان بینى بظاهر تغییر ناپذیر ما را دگرگون مى سازد. یعنی در حقیقت این پیش فرض ها، خود در مجموعه اى از اعتقادات و استدلات فلسفى و علمى پیچیده مى باشند، كه در شرایط بحرانى پوسته شان كنار رفته، و تحجر خود را نشان داده، و نیاز به تكامل عالیتر را ضرورى می سازند.

بعنى درك ما از خصلت جهان، ساختمان جهان، مبدا و پایان جهان بصورت پیش فرضى ( گاه ناآگاهانه) در فعالیت هاى علمى ما جاى دارد. بر خلاف تصور تجربه گرابان، مطالعه این مبانى بى مصرف نبوده، بلكه ممكن است كه اسباب دگرگونى هاى بنیادى علوم را فراهم آورد.

تازه بیش از نسبیت مى بایست پیشرفت هاى بعدى در علم فیزیك یعنى نظریه های كوانتوم در فیزیك هسته اى را بررسى نمود. این پیشرفت ها برخى از پایه اى ترین تصورات عقل سلیم ما از جهان، نظیر علیت را، زیر سنوال كشیده اند. علیت كه علت بر معلول تقدم دارد، و نه بر عكس.

در تجربه هاى عادى روزانه معمولأ علیت در رابطه با پدیده هاى مادى درك مى شود. در حالیكه در مكانیك كوانتوم رابطه ی علت و معلول را باید از طریق انتقال اطلاعات مورد بررسی قرار داد. بنابرابن اگر پدبده هاى جهان تركیبى از ماده، انرژى و اطلاعات تلقى شوند، در آنصورت علیت از زوایه یك خاصیت پدبده مورد نظر ممكن است با علیت از زاویه خاصیت دیگر آن در نقطه مقابل هم قرار گیرد. در نتیجه ممكن است كه كل مفهوم متافیزبكى تقدم و تأخر را مجبور شویم در چارچوب دیگرى مطرح كنیم.

فیزیك كوانتوم به ما آموخت كه محدودیت مفاهیم علت و معلول درهر عرصه را نیز درك كنیم و با حدود این "عمومى ترین " قانون طبیعت نیز آشنا شویم.

نسبیت و مكانیك كوانتوم

هر ماده‌ای كه بیندیشیم در جهان وجود دارد(مردم، هوا، یخ، ستارگان، گازها، میكروب‌ها، صفحه مانیتور شما) از اجزاء ساختاری بسیار ریزی به‌نام اتم تشكیل شده اند. می‌دانیم كه اتم‌ها بنوبه خودشان از موجودات كوچكتری به نام ذرات و یك فضای خالی بسیار بزرگ(در مقایسه با ابعاد این ذرات) ساخته شده‌اند. همچنین می‌دانیم كه برخی از ذرات خود از ذرات ریزتری تشكیل شده‌اند.

ذرات مادی را كه همگی می‌شناسیم. پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم و الكترون‌ها كه به دور هسته می‌چرخند. ذرات مادی اتم او به‌نام كلی فرمیون‌‌ها می‌شناسیم.

فرمیون‌ها یك سیستم پیام‌رسانی دارند كه بین آن ذرات رد و بدل شده و به راه‌های معینی موجب ایجاد تاثیر و در نتیجه تغییراتی در آن‌ها می‌شود. سیستم پیام‌رسانی انسان‌ها را در نظر بگیرید. كبوتر نامه‌بر، پست، تلفن و فكس سرویس‌های این سیستم می‌تانند نامیده شوند. اما همه انسان‌ها از هر 4 سرویس فوق برای رد و بدل كردن پیام بین همدیگر استفاده نمی‌كنند.

در مورد ذرات مادی هم سیستم پیام‌رسانی وجود دارد كه سرویس‌های چهارگانه‌ای دارد. این سرویس‌ها را نیرو می‌نامیم. ذراتی وجود دارد كه این پیام‌ها را بین فرمیون‌ها و در برخی موارد حتی بین خود رد و بدل می‌كنند. این ذرات پیام‌رسان به‌طور مشخص بوزون Boson نامیده می‌شوند.

پس هر ذره‌ای كه در جهان وجود دارد یا فرمیون هست یا بوزون.

گفتیم كه سرویس‌های پیام‌رسان 4گانه نیرو نامیده می‌شوند. یكی از این نیروها گرانش هست. نیروی گرانش را كه ما را روی زمین نگه می‌دارد، می‌توانیم مثل پیامی در نظر بگیریم. حامل این پیام نوعی بوزون هست كه گراویتون نامیده می‌شود. گراویتون‌ها حامل پیامی بین ذرات اتم‌های بدن ما و ذرات اتم‌های زمین هستند و به ذرات مذكور می‌گویند كه به‌هم نزدیك شوند.

نیروی دوم یا نیروی الكترومغناطیس پیام‌هایی هست كه به‌وسیله بوزون‌هایی به‌نام فوتون بین پروتون‌های درون هسته یك اتم و الكترون‌های نزدیك به آن، یا بین الكترون‌ها رد و بدل می‌شوند. این پیام‌ها موجب می‌شوند كه الكترون‌ها دور هسته گردش كنند. در مقیاس‌های بزرگ‌تر از اتم فوتونها خودشان را بصورت نور نشان می‌دهند. سومین سرویس پیام‌رسان نیروی قوی است كه موجب می‌شود هسته اتم یكپارچگی خود را حفظ كند و چهارمین سرویس نیروی ضعیف است كه موجب رادیواكتیویته می‌شود.

فعالیت این 4 نیرو باعث رد و بدل شدن پیام بین كلیه فرمیون‌های جهان و برهمكنش بین آنها می‌شود. بدون این 4 نیرو هر فرمیون اگر هم وجود داشته باشد در جدایی به‌سر می‌برد، بدون این كه بتواند با آنها مرتبط شود و بر آنها تاثیر بگذارد. بزبان ساده‌تر:

اگر چیزی بوسیله این چهار نیرو روی ندهد، اتفاقی نخواهد افتاد.

درك كامل این چهار نیرو به ما امكان می‌دهد تا اصولی را كه مبنای همه رویدادهای جهان هست، درك كنیم.

بسیاری از كارهای فیزیك‌دانان قرن بیستم برای آگاهی بیشتر از طرز عمل این جهار نیروی طبیعی و ارتباط بین آنها انجام شد. در سیستم پیام‌رسانی انسان‌ها، ممكن هست به این موضوع واقف شویم كه تلفن و فكس دو سرویس جداگانه نیستند. بلكه هر دو اجزای یك سیستم واحدند كه به دو طریق متفاوت جلوه‌گر می‌شوند. آگاهی از این واقعیت موجب یگانگی دو سیستم پیام‌رسانی خواهد شد. به طریق مشابهی فیزیك‌دان‌ها تا حدودی با موفقیت سعی كردند نوعی یگانگی بین نیروها را استنباط كنند. آنها امیدوار بودند نظریه‌ای بیابند كه در غایت امر هر چهار نیرو را بوسیله یك ابرنیرو توجیه كند. نیرویی كه خودش را به‌گونه‌های مختلف نشان می‌دهد و نیز موجب یگانگی فرمیون‌ها و بوزون‌ها در یك خانواده می‌شود. فیزیك‌دان‌ها این نظریه را نظریه یگانگی نام دادند. این نظریه باید دنیا را توجیه كند. یعنی نظریه همه چیز باید یك قدم پیش‌تر برود و به این سوال پاسخ دهد: دنیا در لحظه آغاز قبل از این كه زمانی بگذرد، چگونه بوده است؟

فیزیك‌دان‌ها همین سوال را بزبان خودشان با این عبارت بیان می‌كنند كه: شرایط اولیه یا شرایط مرزی در آغاز جهان چه بوده است؟

درك كامل ابرنیرو ممكن هست كه درك شرایط مرزی را هم برای ما امكان‌پذیر كند. از طرف دیگر ممكن است كه ضروری باشد كه ما شرایط مرزی را بدانیم تا بتوانیم ابرنیرو را بفهمیم. این دو بطور تنگاتنگی با یكدیگر ارتباط دارند و نظریه پردازان هم از هر دو طرف مشغول كار هستند تا به «نظریه همه‌چیز» از منشا آلمانی Weltformel دست پیدا كنند.

نظریه‌ها

نظریه نسبیت عام اینشتین نظریه‌ای در باره جرم‌های آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سیارات و كهكشان‌هاست كه برای توضیح گرانش در این سطوح بسیار خوب است.

مكانیك كوانتومی نظریه‌ای است كه نیروهای طبیعت را مانند پیام‌هایی می‌داند كه بین فرمیون‌ها(ذرات ماده) رد و بدل می‌شوند. این نظریه اصل ناامیدكننده‌ای را نیز كه اصل عدم قطعیت نام دارد در بر می‌گیرد. بنابر این اصل هیچ‌گاه ما نمی‌توانیم همزمان مكان و سرعت(تندی و جهت حركت) یك ذره را با دقت بدانیم. با وجود این مسئله مكانیك كوانتومی در توضیح اشیاء، در سطوح بسیار ریز خیلی موفق بوده بوده است.

یك راه برای تركیب این دو نظریه بزرگ قرن بیستم در یك نظریه واحد آن است كه گرانش را همانطور كه در مورد نیروهای دیگر با موفقیت به آن عمل می‌كنیم، مانند پیام ذرات در نظر بگیریم. یك راه دیگر بازنگری نظریه نسبیت عام اینشتین در پرتو نظریه عدم قطعیت است.

اما اگر نیروی گرانش را مانند پیام بین ذرات در نظر بگیریم، با مشكلاتی مواجه می‌شویم. قبلاْ دیدیم كه شما می‌توانید نیرویی كه شما را روی زمین نگه می‌دارد، مثل تبادل گراویتون‌ها(همان پیام‌رسان‌های گرانش) بین ذرات بدن خود و ذراتی كه كره زمین را تشكیل می‌دهند، در نظر بگیرید. در اینصورت نیروی گرانشی با روش مكانیك كوانتومی بیان می‌شود. اما چون همه گراویتونها بین خود نیز رد و بدل می‌شوند، حل این مساله از نظر ریاضی بسیار بغرنج می‌شود. بی‌نهایت‌هایی حاصل می‌شوند كه خارج از مفهوم ریاضی معنایی ندارند. نظریه‌های علم فیزیك واقعاْ نمی‌توانند با این بی‌نهایت‌ها سر و كار داشته باشند. آن‌ها اگر در نظریه‌های دیگر یافت شوند، تئوریسین‌ها به روشی كه آن را ریترمالیزیشن یا بازبهنجارش می‌نامند، متوسل می‌شوند. ریچارد فاینمن در این باره می‌گوید: این كلمه هر چقدر زیركانه باشد، باز من آن را یك روش دیوانه‌وار می‌نامم. خود او هنگامی كه روی نظریه‌اش در مورد نیروی الكترومغناطیسی كار می‌كرد، از این روش سود جست. اما او به این كار زیاد راغب نبود. در این روش از بی‌نهایت‌های دیگری برای خنثی كردن بی‌نهایت‌های نخستین، استفاده می‌شود. نفس این عمل اگر چه مشكوك است ولی نتیجه در بسیاری از موارد كاربرد خوبی دارد. نظریه‌هایی كه با به‌كارگیری این روش به‌دست می‌آیند، خیلی خوب با مشاهدات همخوانی دارند.

استفاده از روش بازبهنجارش در مورد نیروی الكترومغناطیسی كارساز است ولی در مورد گرانش این روش موفق نبوده. بی‌نهایت‌ها در مورد نیروی گرانش از جهتی بدتر از بی‌نهایت‌های نیروی الكترومغناطیسی هستند و حذفشان ممكن نیست. ابرگرانش كه هاوكینگ در خطابه لوكاشین خود بدان اشاره كرد و نظریه ابرریسمان كه در آن اشیاء بنیادی جهان، بصورت ریسمان‌های نازكی هستند، پیشرفت‌های امیدوار كننده‌ای داشته‌اند، اما هنوز مسئله حل نشده است.

راه دیگر

از طرف دیگر اگر ما مكانیك كوانتومی را برای مطالعه اجسام بسیار بزرگ در قلمرویی كه گرانش فرمانروای بی‌چون و چرا است، بكار گیریم، چه خواهد شد؟ به‌دیگر سخن اگر ما آنچه را كه نظریه نسبیت عام در باره گرانش می‌گوید، در پرتو اصل عدم قطعیت بازنگری كنیم، چه اتفاقی خواهد افتاد؟

همانطور كه گفتیم طبق اصل عدم قطعیت (Uncertainty principle) نمی‌توان با دقت مكان و سرعت یك ذره را همزمان اندازه گرفت. آیا این بازنگری موجب تفاوت زیادی خواهد شد؟ در ادامه خواهیم دید كه استفن‌هاوكینگ در این زمینه به چه نتایج شگرفی دست یافته است.

نظریه نسبیت عام همچنین به مـــا می‌گوید كـــه وجود ماده یـــا انرژی سبب خمیدگی یــا تاب‌خوردن فضا-زمان می‌شود. یك نمونه خمیدگی آشنا می‌شناسیم. خمیدگی باریكه‌های نور ستارگان دور هنگامی كه از نزدیكی اجسام با جرم بزرگ نظیر خورشید می‌گذرند.

این دو موضوع را به‌یاد داشته باشیم:

1 - فضای «خالی» از ذرات و پادذرات پر شده است. جمع كل انرژی آن‌ها مقداری عظیم یا مقداری بی‌نهایت از انرژی است.

2 - وجود این انرژی باعث خمیدگی فضا-زمان می‌شود.

تركیب این دو ایده ما را به این نتیجه می‌رساند كه كل جهان می‌بایستی در یك توپ كوچك پیچیده شده باشد. چنین چیزی روی نداده است! بدین‌سان موقعی كه از نظریه‌های نسبیت عام و مكانیك كوانتومی توامان استفاده می‌شود، پیشگویی آن‌ها اشتباه محض است.

نسبیت عام و مكانیك كوانتومی هر دو نظریه‌های فوق‌العاده خوب و از موفق‌ترین دستاوردهای فیزیك در قرن گذشته هستند. از این دو نظریه نه‌تنها برای هدف‌های نظری بلكه برای بسیاری كاربردهای عملی، به‌نحوی درخشان استفاده می‌شود. با وجود این اگر آن‌ها را با هم در نظر بگیریم، نتیجه همانطور كه دیدیم بی‌نهایت‌ها و بی‌معنی بودن است.

نقدی بر اندیشه های هاوكینگ

انصافاٌ هاوكینگ در توضیح مطالب پیچیده و بغرنج فیزیك به زبان ساده مهارت خاصی دارد. بهمین دلیل آثار عمومی ایشان از استقبال چشم گیری برخوردار است. علاوه بر آن نام هاوكینگ به دلیل در دو كار جالب در مورد سیاه چاله ها جاودان خواهد شد. یكی تكینگی و دیگری تبخیر سیاه چاله ها. این دو مورد زمینه ی یك بحث فراگیر جهانی را بین فیزیكدانان فراهم كرد. هرچند به اعتراف خود هاوكینگ در كتاب تاریچه زمان از فیزیكدانان روسی الهام گرفته بود، اما این هاوكینگ بود كه با محاسبات و معادلات ریاضی توانست توجه فیزیكدانان را به آن جلب كند.

این نوشته نقدی است بر سخنان هاوكینگ

هاوكینگ:

ذرات مادی را كه همگی می‌شناسیم. پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم و الكترون‌ها كه به دور هسته می‌چرخند. ذرات مادی اتم رو به‌نام كلی فرمیون‌‌ها می‌شناسیم. فرمیون‌ها یك سیستم پیام‌رسانی دارند كه بین آن ذرات رد و بدل شده و به راه‌های معینی موجب ایجاد تاثیر و در نتیجه تغییراتی در آن‌ها می‌شود. این سرویس‌ها را نیرو می‌نامیم. ذراتی وجود دارد كه این پیام‌ها را بین فرمیون‌ها و در برخی موارد حتی بین خود رد و بدل می‌كنند. این ذرات پیام‌رسان به‌طور مشخص بوزون نامیده می‌شوند. پس هر ذره‌ای كه در جهان وجود دارد یا فرمیون هست یا بوزون.

نظریه سی. پی. اچ. :

همه ی ذرات اعم از فرمیونها و بوزونها از ذرات واحدی تشكیل شده اند كه آن سی. پی. اچ. یا:

CPH, Creation Particle Higgs

می نامیم. سی. پی. اچ. ها روی یكدیگر اثر دارند و این اثر بصورت تولید اسپین برای آنها نمودار می شود. سی. پی. اچ. ها پس از آنكه دارای اسپین شدند، با یكدیگر ادغام شده و كوانتومهای انرژی را به وجود می آورند. این كوانتومهای انرژی در فرایندهای فیزیكی به زوج های ماده و پاد ماده تبدیل می شوند. در واقع بوزونها و فرمیونها از ذرات واحدی تشكیل می شوند كه سی. پی. اچ. نامیده می شود. اگر ما دیدگاه خود را مورد نیرو و انرژی تغییر دهیم و این دو را هم ارز بدانیم (كه در حقیقت هم ارز هم هستند) آنگاه می توانیم دلیل تاثیر بوزنها بر فرمیونها و همچنین تاثیر بوزونها را بر یكدیگر توضیح دهیم.

هاوكینگ:

گفتیم كه سرویس‌های پیام‌رسان 4گانه نیرو نامیده می‌شوند. یكی از این نیروها گرانش هست. نیروی گرانش را كه ما را روی زمین نگه می‌دارد، می‌توانیم مثل پیامی در نظر بگیریم. حامل این پیام نوعی بوزون هست كه گراویتون نامیده می‌شود. گراویتون‌ها حامل پیامی بین ذرات اتم‌های بدن ما و ذرات اتم‌های زمین هستند و به ذرات مذكور می‌گویند كه به‌هم نزدیك شوند.

نظریه سی. پی. اچ. :

هنگامیكه سی. پی. اچ. دارای اسپین است، گراویتون نامیده می شود.

هاوكینگ:

نظریه نسبیت عام اینشتین نظریه‌ای در باره جرم‌های آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سیارات و كهكشان‌هاست كه برای توضیح گرانش در این سطوح بسیار خوب است

مكانیك كوانتومی نظریه‌ای است كه نیروهای طبیعت را مانند پیام‌هایی می‌داند كه بین فرمیون‌ها (ذرات ماده) رد و بدل می‌شوند. این نظریه اصل ناامیدكننده‌ای را نیز كه اصل عدم قطعیت نام دارد در بر می‌گیرد. بنابر این اصل هیچ‌گاه ما نمی‌توانیم همزمان مكان و سرعت (تندی و جهت حركت) یك ذره را با دقت بدانیم. با وجود این مسئله مكانیك كوانتومی در توضیح اشیاء، در سطوح بسیار ریز خیلی موفق بوده بوده است.

یك راه برای تركیب این دو نظریه بزرگ قرن بیستم در یك نظریه واحد آن است كه گرانش را همانطور كه در مورد نیروهای دیگر با موفقیت به آن عمل می‌كنیم، مانند پیام ذرات در نظر بگیریم. یك راه دیگر بازنگری نظریه نسبیت عام اینشتین در پرتو نظریه عدم قطعیت است.

اما اگر نیروی گرانش را مانند پیام بین ذرات در نظر بگیریم، با مشكلاتی مواجه می‌شویم. قبلاْ دیدیم كه شما می‌توانید نیرویی را كه شما را روی زمین نگه می‌دارد، مثل تبادل گراویتون‌ها(همان پیام‌رسان‌های گرانش) بین ذرات بدن خود و ذراتی كه كره زمین را تشكیل می‌دهند، در نظر بگیرید. در اینصورت نیروی گرانشی با روش مكانیك كوانتومی بیان می‌شود. اما چون همه گراویتونها بین خود نیز رد و بدل می‌شوند، حل این مساله از نظر ریاضی بسیار بغرنج می‌شود. بی‌نهایت‌هایی حاصل می‌شوند كه خارج از مفهوم ریاضی معنایی ندارند. نظریه‌های علم فیزیك واقعاْ نمی‌توانند با این بی‌نهایت‌ها سر و كار داشته باشند. آن‌ها اگر در نظریه‌های دیگر یافت شوند، تئوریسین‌ها به روشی كه آن را ریترمالیزیشن یا بازبهنجارش می‌نامند، متوسل می‌شوند. ریچارد فاینمن در این باره می‌گوید: این كلمه هر چقدر زیركانه باشد، باز من آن را یك روش دیوانه‌وار می‌نامم. خود او هنگامی كه روی نظریه‌اش در مورد نیروی الكترومغناطیسی كار می‌كرد، از این روش سود جست. اما او به این كار زیاد راغب نبود. در این روش از بی‌نهایت‌های دیگری برای خنثی كردن بی‌نهایت‌های نخستین، استفاده می‌شود. نفس این عمل اگر چه مشكوك است ولی نتیجه در بسیاری از موارد كاربرد خوبی دارد. نظریه‌هایی كه با به‌كارگیری این روش به‌دست می‌آیند، خیلی خوب با مشاهدات همخوانی دارند.

استفاده از روش بازبهنجارش در مورد نیروی الكترومغناطیسی كارساز است ولی در مورد گرانش این روش موفق نبوده. بی‌نهایت‌ها در مورد نیروی گرانش از جهتی بدتر از بی‌نهایت‌های نیروی الكترومغناطیسی هستند و حذفشان ممكن نیست. ابرگرانش كه هاوكینز در خطابه لوكاشین خود بدان اشاره كرد و نظریه ابرریسمان كه در ا» اشیاء بنیادی جهان، بصورت ریسمان‌های نازكی هستند، پیشرفت‌های امیدوار كننده‌ای داشته‌اند، اما هنوز مسئله حل نشده است.

نظریه سی. پی. اچ. :

مشكل اصلی در فیزیك این است كه تلاش می كنند این دو نظریه، یعنی مكانیك كوانتوم و نسبیت را با یكدیگر سازگار سازند. در حالیكه با توجه به اصل هم ارزی نیرو و انرژی نیاز به تلاش زیادی نیست تا نسبیت و مكانیك كوانتوم با یكدیگر سازگار شوند. در واقع بایستی مكانیك كلاسیك، مكانیك كوانتوم و نسبیت را همزمان و با توجه به اصول و قوانین شناخته شده ی علمی كه از نظر تجربی نیز تایید شده مورد بررسی مجدد قرار داد. برای اینكار بایستی تعریف جدیدی از انرژی ارائه داد و با توجه با این تعریف ساختمان فوتون را تعریف كرد. با چنین نگرشی بینه

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: