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

ذرات قديمي

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

طبيعت پيوسته

يك مفهوم بهكلي متفاوت ديگر، كه به عنوان مثال مي توان از محيط هاي پيوسته اي كه موجها را درون خود منتقل مي كنند نام برد، منشا خود را در همان زمان در علمپيدا كرد. «هويگنس» ، كه اصل انتشار موج را به افتخار او نامگذاري كردهاند، پيشنهاد كرد نور به عنوان جسمي كه به طور پيوسته جريان دارد، وساختار آن ساختار بخصوصي است، در نظر گرفته شود. يك «جبهه موج» مي تواندنتيجه هر نقطه اي در فضا در تلقي شود كه در آن موج خود منبع خود است. درزمان او، تجهيزات اپتيكي آنقدر دقيق نبودند كه بتوان اين تمايز ها راآشكار كرد، اما دو قرن بعد، «نور به عنوان پديده اي موجي» ، صورتي مقبولبه خود گرفت. در حقيقت، ماهيت كل طبيعت به شكلي «موجي» در نظر گرفته شد وحتي مانند مفهوم «گرما» به مثابه يك «سيال كالريك» نيز پذيرفته شد. توسعهاينچنين مفهومي نفوذي در تفكر علمي پيدا كرد كه مي توان به مقاومت جامعهفيزيكي قرن نوزدهم در برابر پذيرفتن مفهوم «مولكول» ، به عنوان يك ذره،بطور مثال اشاره كرد.

ذرات مدرن

ديدگاهي كه غير فيزيكدانهادر مورد طبيعت ذرات دارند، به اواخر قرن نوزدهم و اوايل قرن بيستم بر ميگردد. فيزيكدان اتريشي، «لودويگ بولتزمن» نشان داد ايده قديمي «پيوستگي»طبيعت، مي تواند به خوبي از اغمال قوانين مكانيك كلاسيك در مورد تعدادزيادي ذره ريز به دست آيد. دانش شيمي نشان داد كه مولكول مي تواند بهعنوان جسم ريزي كه اتم را در بر دارد، تصور شود. پيروزي بزرگ زماني به دستآمد 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 جهاناطراف ما را به وجود آورده اند.

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

ذرات پسا مدرن

جهان پستمدرن، قبل از آنكه جهان مدرن تمام شود، شروع شد، حداقل در جهان فيزيك چنينبود. اينچنين از آب در آمد كه سه ذره بنيادي اجسام، مانند چنين توپ هايبيلياردي نيستند. مكانيك كوانتوم، آخرين تلاش بشري براي توافق با چنينواقعيتي است. در نخستين نيمه قرن بيستم، نظريه هاي موجي كه به توصيف پديدهها مي پرداختند، در تفسير فيزيكي شگفتي هاي موجود در اينكه اين ذرات چگونهرفتار مي كنند، شكست خوردند. سپس «نيلز بوهر» ( شكل 1) با توصيف آنها بهصورت « هم ذره اي و هم موجي» ، به دنبال شكستن اين مفهوم كه «ذرات ماهيتصحيح دارند» بر آمد. البته، اگر شما اين « نظريه تكميلي» را باور كردني ميدانيد، 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

بگذاريدتثليث «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 تمامموجودات بد نيست. نه، معماي واقعي طبيعت اين ذرات است، نه تعدادشان. كشفخواص موجي آنها كلام آخر نبوده است، براي اين امواج كه به كلي با هر نوعموجي 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، داخلبسته هاي موجي هستند كه مي توانيم آنها را بگيريم يا كنار بگذاريم. اينبسته ها ، همان هايي هستند كه آنها را به عنوان «ذره ها» مي شناسيم. عجببازي بيليارد سختي شد، مگر نه؟



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

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

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

در انتهاي همه چيز

اجساماز توپ هاي بيلييارد كوچك ساخته نشده اند. اين، آن چيزي است كه در صورتعدم خواست توسعه آن، به اجسامي بدون بعد، بدون جاي مشخص، بدون سرعت مشخص وبدون تعداد دقيق بر مي خوريم. چيز هايي كه طبيعت آن را تغيير مي دهند، بارآنها، 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 مدتزمان حيات خود هستند ( ذرات با واكنش قوي). من حدس مي زنم فيزيك، كه دردوران طولاني به عنوان دانشي مادي كه فقط با اشياء بي جان و بي حركت ونيروهاي بي روح و برهمكنش هاي بين آنها سر و كار دارد، به پايان همه چيزرسيده است. به عنوان عميق ترين سطحي كه بشر به آن دست يافته، طبيعت به نظرمي رسد به طور بي نهايت زيرك تر و غريب تر از گذشته است. جاي شگفتي بزرگآنجا است كه ما هرگز قادر به درك ژرفاي آن نبوده ايم.

ترجمه: امير مهدي زربو

كارشناس فيزيك اتمي از دانشگاه صنعتي اميركبير