09-08-2009, 11:00 PM
جهان از چه چيزي ساخته شده است ؟
اين پرسش چه‌قدر براي شما آشناست ؟ تا کنون چه‌قدر به اين موضوع فکر کرده ايد؟
شايد باور نکنيد اين پرسش ظاهراً ساده بيش ترين زمان ها و خلاق ترين ذهن ها را در طول تاريخ به خود مشغول کرده است .
نظريه ريسمان آخرين تلاش انسان براي يافتن پاسخ اين پرسش ساده است.
پيش از آنکه ببينيم اين نظريه چيست و چه ادعايي دارد خوب است اطلاعاتمان را درمورد ماده مرور کنيم:
علوم راهنمايي يادتان هست؟ آن جا ياد گرفتيم ماده از اتم ساخته شده است .و اتم يعني تجزيه ناپذير. حتماً يادتان هست که دموکريتوس فيلسوف يوناني اين نظريه را نخستين بار ارائه کرده بود. وقتي بزرگ تر شديم در فيزيک دبيرستان آموختيم که اتم نيز به نوبه خود از سه جزء اصلي تشکيل شده است : پروتون ، نوترون و الکترون .
نوترون ها و پروتون ها در هسته اند ، در حالي که الکترون ها به دور هسته مي چرخند. اما اين روند تا کجا ادامه خواهد داشت؟
آيا الکترون ها ، پروتون ها و نوترون ها نيز خود از ذرات کوچک تري تشکيل شده اند؟
دانش کنوني ما درباره ي ترکيب زير اتمي جهان در نظريه اي به نام مدل استاندارد ذرات مادي (standard model) خلاصه مي شود.
اين مدل هم اجزاي بنيادي ماده که جهان از آن ها ساخته شده را توصيف مي کند و هم نيروهايي که از طريق آن ها اين ذرات با يکديگر بر هم کنش دارند.
بر طبق اين مدل الکترون واقعاً يک ذره ي بنيادي است . يعني يکي از ذراتي است که سنگ بناي آفرينش است و خود از اجزاي کوچک تري تشکيل نشده است . اما نوترن ها و پروتن ها ذرات بنيادي نيستند و از ذرات کوچکتري به نام کوارک تشکيل شده اند. تا جايي که مي دانيم کوارک ها ذرات بنيادي هستند. در واقع طبق مدل استاندارد ذرات مادي 12 ذره بنيادي در طبيعت وجود دارند. يعني 12 نوع ذره که سنگ بناي آفرينش اند. و ماده در طبيعت از آن ها ساخته شده است . 6 تا از اين ذرات بنيادي کوارک هستند . اين کوارک ها نام هاي جالبي دارند:
بالا(up)، پايين(down) ، عجيب(strange)، عفريت(charm) ، سر(top) و ته(bottom).
براي مثال يک پروتون از 2 کوارک بالا و يک کوارک پايين تشکيل شده است . 6 ذره ي بنيادي ديگر لپتون‌ها هستند. لپتون ها شامل الکترون و دو هم خانواده ي سنگين تر او يعني ميوئون (muon) و تاون (taun) و نيز 3 نوترينو(nutrinos) با طعم هاي مختلف هستند .
اگر‌چه نور ازامواج تشكيل شده است فرضيه‌ي كوانتم پلانك مي‌گويد كه از جهات معيني رفتار نور چنان است كه گويي مجموعه اي از ذرات است: نور تنها به‌صورت بسته‌هاي خاص يا كوانتم گسيل يا جذب مي‌شود. از سوي ديگر، اصل عدم قطعيت هايزنبرگ متضمن آن است كه ذرات از پاره‌اي جهات چونان امواج رفتار مي‌كنند: آن‌ها وضعيت معيني ندارند بلكه با توزيع احتمال معيني در فضا پخش مي‌شوند. نظريه‌ي كوانتم مكانيك برنوع كاملاً جديدي از رياضيات استوار است كه ديگر جهان را به فراخور نياز با مدل مناسب توصيف مي‌كند. بنا براين ميان توصيف يك شي‌ء اعم از نور يا ماده برمبناي مدل ذره‌اي وتوصيف آن برمبناي مدل موجي يك دوگانگي وجود دارد. به اين توصيف دوگانه، دوگانگي موج- ذره گفته مي‌شود.
در طبيعت 4 نيروي بنيادي وجود دارد: گرانش ، الکترومغناطيسي، نيروي ضعيف هسته اي و نيروي قوي هسته‌اي
گرانش و الکترو مغناطيس دور برد هستند و به همين دليل است که اين دو نيرو مدت ها است شناخته شده‌اند. دو نيروي هسته اي کوتاه برد هستند و بنابر اين در مقياس فاصله هايي كه در زندگي روزمره با آن سر وكار داريم عموماً مشاهده نمي شوند.
نيروهاي هسته اي صرفاً در اين قرن شناخته شده اند . نيروي قوي هسته اي همان نيرويي است كه مسئول به هم بستن پروتن ها و نوترن ها براي ساخت هسته اتم است. اما نيروي ضعيف هسته اي نيرويي کاملاً متمايز است و تنها در پديده هايي همچون واپاشي پرتوزا پديدار مي شود. اين نيرو تنها نيرويي است که از قانون تقارن راست و چپ يا پاريته (هم پايه گي ) پيروي نمي‌كند.
مدل استاندارد ادعا مي کند که براي انتقال اين نيرو ها، ذراتي به نام حامل هاي نيرو بايد وجود داشته باشد . مثلاً آشناترين اين ذرات فوتون ، ذره اي از نور است که واسط نيروي الکترومغناطيسي است. اين يعني اين که مثلاً يک آهنربا ، يک ميخ آهني را به اين خاطر جذب مي کند که بين آن ها فوتون رد و بدل مي شود. به همين ترتيب گراويتون ذره اي است که نيروي گرانش را حمل مي کند. گراويتون ذره‌اي است كه تا کنون مشاهده نشده ولي برخي از فيزيکدانان به وجود آن چنان معتقدند که به وجود فوتون.
نيروي قوي را ذراتي به نام گلوئون(glouns) جابه‌جا مي‌كنند و بالاخره نيروي ضعيف توسط 3 ذره به نام هايz و w+ و w-منتقل مي‌شوند. براي وجودگلوئون‌ها گواه قانع‌كننده‌اي وجود دارد، ذرات w و z نيز در شتاب دهنده ها مستقيما ردگيري شده اند( در واقع مدل استاندارد وجود بوزون هاي w,zرا پيش از آنکه يافته شوند پيش بيني کرد ).
هم‌چنين اين نظريه وجود ذره اي به نام بوزون هيگز(Higgs Boson) را پيش بيني کرده است که هنوز براي کشف آن تلاش مي شود.
تا اين جا همه چيز خوب است اما در واقع دو مشکل اساسي وجود دارد :
يکي از اين مشکلات ظاهراً زيبايي شناختي است و ديگري فني
مشکل زيبايي شناختي حتي براي افراد غير متخصص هم آزاردهنده است . چرا بايد تعداد نيروها و ذرات بنيادي اين قدر زياد باشد؟ مشکل زيبايي شناختي حتي براي افراد غير متخصص هم آزاردهنده است . چرا بايد تعداد نيروها و ذرات بنيادي اين قدر زياد باشد؟ فهرست نام ذرات بنيادي و نيروهايي که در بالا نام برديم را مرور کنيد . الکترون ،ميوئون ، نوترينو ، کوارک ، بوزون w ، گلوئون ، گراويتون ، و ...
حتماً قبول داريد که اين فهرست نسبتاََ بلند است. مجموعه‌ي‌آن‌ها کم کم شبيه يک باغ وحش به نظر مي رسد . باغ وحشي از ذرات !!!
اما دليل فني :
مدل استاندارد رفتار همه ذرات و نيروهاي بنيادي را بدون کم وکاست توصيف مي کند . ولي اين توصيف يک استثناي خيلي مهم دارد : گرانش .
به دلايل فني نيروي گرانش که آشناترين نيرويي است که با آن سر و کار داريم به سختي به طور ميکروسکوپي قابل آزمايش شدن است .
اما چه رازي در گرانش و ذره هم‌بسته‌ي آن گراويتون وجود دارد که آن را از ساير نيروها و ذرات بنيادي متمايز مي‌کند آن‌چنان‌که مدل استاندارد با همه قدرتش از توضيح و توصيف رفتار آن ناتوان است؟ !
ادامه دارد ...(هر روز یکیشو میزارم)
roshd.ir
اين پرسش چه‌قدر براي شما آشناست ؟ تا کنون چه‌قدر به اين موضوع فکر کرده ايد؟
شايد باور نکنيد اين پرسش ظاهراً ساده بيش ترين زمان ها و خلاق ترين ذهن ها را در طول تاريخ به خود مشغول کرده است .
نظريه ريسمان آخرين تلاش انسان براي يافتن پاسخ اين پرسش ساده است.
پيش از آنکه ببينيم اين نظريه چيست و چه ادعايي دارد خوب است اطلاعاتمان را درمورد ماده مرور کنيم:
علوم راهنمايي يادتان هست؟ آن جا ياد گرفتيم ماده از اتم ساخته شده است .و اتم يعني تجزيه ناپذير. حتماً يادتان هست که دموکريتوس فيلسوف يوناني اين نظريه را نخستين بار ارائه کرده بود. وقتي بزرگ تر شديم در فيزيک دبيرستان آموختيم که اتم نيز به نوبه خود از سه جزء اصلي تشکيل شده است : پروتون ، نوترون و الکترون .
نوترون ها و پروتون ها در هسته اند ، در حالي که الکترون ها به دور هسته مي چرخند. اما اين روند تا کجا ادامه خواهد داشت؟
آيا الکترون ها ، پروتون ها و نوترون ها نيز خود از ذرات کوچک تري تشکيل شده اند؟
دانش کنوني ما درباره ي ترکيب زير اتمي جهان در نظريه اي به نام مدل استاندارد ذرات مادي (standard model) خلاصه مي شود.
اين مدل هم اجزاي بنيادي ماده که جهان از آن ها ساخته شده را توصيف مي کند و هم نيروهايي که از طريق آن ها اين ذرات با يکديگر بر هم کنش دارند.
بر طبق اين مدل الکترون واقعاً يک ذره ي بنيادي است . يعني يکي از ذراتي است که سنگ بناي آفرينش است و خود از اجزاي کوچک تري تشکيل نشده است . اما نوترن ها و پروتن ها ذرات بنيادي نيستند و از ذرات کوچکتري به نام کوارک تشکيل شده اند. تا جايي که مي دانيم کوارک ها ذرات بنيادي هستند. در واقع طبق مدل استاندارد ذرات مادي 12 ذره بنيادي در طبيعت وجود دارند. يعني 12 نوع ذره که سنگ بناي آفرينش اند. و ماده در طبيعت از آن ها ساخته شده است . 6 تا از اين ذرات بنيادي کوارک هستند . اين کوارک ها نام هاي جالبي دارند:
بالا(up)، پايين(down) ، عجيب(strange)، عفريت(charm) ، سر(top) و ته(bottom).
براي مثال يک پروتون از 2 کوارک بالا و يک کوارک پايين تشکيل شده است . 6 ذره ي بنيادي ديگر لپتون‌ها هستند. لپتون ها شامل الکترون و دو هم خانواده ي سنگين تر او يعني ميوئون (muon) و تاون (taun) و نيز 3 نوترينو(nutrinos) با طعم هاي مختلف هستند .
اگر‌چه نور ازامواج تشكيل شده است فرضيه‌ي كوانتم پلانك مي‌گويد كه از جهات معيني رفتار نور چنان است كه گويي مجموعه اي از ذرات است: نور تنها به‌صورت بسته‌هاي خاص يا كوانتم گسيل يا جذب مي‌شود. از سوي ديگر، اصل عدم قطعيت هايزنبرگ متضمن آن است كه ذرات از پاره‌اي جهات چونان امواج رفتار مي‌كنند: آن‌ها وضعيت معيني ندارند بلكه با توزيع احتمال معيني در فضا پخش مي‌شوند. نظريه‌ي كوانتم مكانيك برنوع كاملاً جديدي از رياضيات استوار است كه ديگر جهان را به فراخور نياز با مدل مناسب توصيف مي‌كند. بنا براين ميان توصيف يك شي‌ء اعم از نور يا ماده برمبناي مدل ذره‌اي وتوصيف آن برمبناي مدل موجي يك دوگانگي وجود دارد. به اين توصيف دوگانه، دوگانگي موج- ذره گفته مي‌شود.
در طبيعت 4 نيروي بنيادي وجود دارد: گرانش ، الکترومغناطيسي، نيروي ضعيف هسته اي و نيروي قوي هسته‌اي
گرانش و الکترو مغناطيس دور برد هستند و به همين دليل است که اين دو نيرو مدت ها است شناخته شده‌اند. دو نيروي هسته اي کوتاه برد هستند و بنابر اين در مقياس فاصله هايي كه در زندگي روزمره با آن سر وكار داريم عموماً مشاهده نمي شوند.
نيروهاي هسته اي صرفاً در اين قرن شناخته شده اند . نيروي قوي هسته اي همان نيرويي است كه مسئول به هم بستن پروتن ها و نوترن ها براي ساخت هسته اتم است. اما نيروي ضعيف هسته اي نيرويي کاملاً متمايز است و تنها در پديده هايي همچون واپاشي پرتوزا پديدار مي شود. اين نيرو تنها نيرويي است که از قانون تقارن راست و چپ يا پاريته (هم پايه گي ) پيروي نمي‌كند.
مدل استاندارد ادعا مي کند که براي انتقال اين نيرو ها، ذراتي به نام حامل هاي نيرو بايد وجود داشته باشد . مثلاً آشناترين اين ذرات فوتون ، ذره اي از نور است که واسط نيروي الکترومغناطيسي است. اين يعني اين که مثلاً يک آهنربا ، يک ميخ آهني را به اين خاطر جذب مي کند که بين آن ها فوتون رد و بدل مي شود. به همين ترتيب گراويتون ذره اي است که نيروي گرانش را حمل مي کند. گراويتون ذره‌اي است كه تا کنون مشاهده نشده ولي برخي از فيزيکدانان به وجود آن چنان معتقدند که به وجود فوتون.
نيروي قوي را ذراتي به نام گلوئون(glouns) جابه‌جا مي‌كنند و بالاخره نيروي ضعيف توسط 3 ذره به نام هايz و w+ و w-منتقل مي‌شوند. براي وجودگلوئون‌ها گواه قانع‌كننده‌اي وجود دارد، ذرات w و z نيز در شتاب دهنده ها مستقيما ردگيري شده اند( در واقع مدل استاندارد وجود بوزون هاي w,zرا پيش از آنکه يافته شوند پيش بيني کرد ).
هم‌چنين اين نظريه وجود ذره اي به نام بوزون هيگز(Higgs Boson) را پيش بيني کرده است که هنوز براي کشف آن تلاش مي شود.
تا اين جا همه چيز خوب است اما در واقع دو مشکل اساسي وجود دارد :
يکي از اين مشکلات ظاهراً زيبايي شناختي است و ديگري فني
مشکل زيبايي شناختي حتي براي افراد غير متخصص هم آزاردهنده است . چرا بايد تعداد نيروها و ذرات بنيادي اين قدر زياد باشد؟ مشکل زيبايي شناختي حتي براي افراد غير متخصص هم آزاردهنده است . چرا بايد تعداد نيروها و ذرات بنيادي اين قدر زياد باشد؟ فهرست نام ذرات بنيادي و نيروهايي که در بالا نام برديم را مرور کنيد . الکترون ،ميوئون ، نوترينو ، کوارک ، بوزون w ، گلوئون ، گراويتون ، و ...
حتماً قبول داريد که اين فهرست نسبتاََ بلند است. مجموعه‌ي‌آن‌ها کم کم شبيه يک باغ وحش به نظر مي رسد . باغ وحشي از ذرات !!!
اما دليل فني :
مدل استاندارد رفتار همه ذرات و نيروهاي بنيادي را بدون کم وکاست توصيف مي کند . ولي اين توصيف يک استثناي خيلي مهم دارد : گرانش .
به دلايل فني نيروي گرانش که آشناترين نيرويي است که با آن سر و کار داريم به سختي به طور ميکروسکوپي قابل آزمايش شدن است .
اما چه رازي در گرانش و ذره هم‌بسته‌ي آن گراويتون وجود دارد که آن را از ساير نيروها و ذرات بنيادي متمايز مي‌کند آن‌چنان‌که مدل استاندارد با همه قدرتش از توضيح و توصيف رفتار آن ناتوان است؟ !
ادامه دارد ...(هر روز یکیشو میزارم)
roshd.ir