ذرات نفوذ ناپذیر

اشیاء معمولا آنچنانکه به نظر می رسند, نیستند به عنوان یک دانشمند, این مساله یک دردسر جدی برای شما نیست بلکه سر و کله زدن با چنین تردید ها و استخراج دانش شهودی از آنها , برای شما یک کار فکری محسوب می شود اما گاهی اوقات, اصول به طور ناراحت کننده ای ناسازگار می شوند

اشیاء معمولا آنچنانکه به نظر می رسند، نیستند. به عنوان یک دانشمند، این مساله یک دردسر جدی برای شما نیست. بلکه سر و کله زدن با چنین تردید ها و استخراج دانش شهودی از آنها ، برای شما یک کار فکری محسوب می شود. اما گاهی اوقات، اصول به طور ناراحت کننده ای ناسازگار می شوند...

● ذرات قدیمی

این ایده که جهان از «جوهر» ی به شکل تعداد زیادی ذرات ریز ساخته شده است، قدیمی است. فیلسوفان یونان باستان، خصوصا «دموکریتوس» ، کسی که نخستین بار مفهوم «اتم» ها را بنا نهاد، انرژی زیادی مصروف اندیشیدن به پاسخ این پرسش کرد. در طلیعه دانش مدرن، تحت تاثیر «دکارت» و «نیوتن» در قرن شانزدهم، تئوری های ذرات در مورد پدیده های طبیعی، به صورت «مد روز» در آمد. حتی بر اثر تفکرات نیوتن، نور نیز باید به صورت یک پدیده ذره ای توصیف می شد، اما طبق معمول، سؤال در مورد ماهیت این ذرات، بی جواب ماند.

● طبیعت پیوسته

یک مفهوم به کلی متفاوت دیگر، که به عنوان مثال می توان از محیط های پیوسته ای که موج ها را درون خود منتقل می کنند نام برد، منشا خود را در همان زمان در علم پیدا کرد. «هویگنس» ، که اصل انتشار موج را به افتخار او نامگذاری کرده اند، پیشنهاد کرد نور به عنوان جسمی که به طور پیوسته جریان دارد، و ساختار آن ساختار بخصوصی است، در نظر گرفته شود. یک «جبهه موج» می تواند نتیجه هر نقطه ای در فضا در تلقی شود که در آن موج خود منبع خود است. در زمان او، تجهیزات اپتیکی آنقدر دقیق نبودند که بتوان این تمایز ها را آشکار کرد، اما دو قرن بعد، «نور به عنوان پدیده ای موجی» ، صورتی مقبول به خود گرفت. در حقیقت، ماهیت کل طبیعت به شکلی «موجی» در نظر گرفته شد و حتی مانند مفهوم «گرما» به مثابه یک «سیال کالریک» نیز پذیرفته شد. توسعه اینچنین مفهومی نفوذی در تفکر علمی پیدا کرد که می توان به مقاومت جامعه فیزیکی قرن نوزدهم در برابر پذیرفتن مفهوم «مولکول» ، به عنوان یک ذره، بطور مثال اشاره کرد.

● ذرات مدرن

دیدگاهی که غیر فیزیکدانها در مورد طبیعت ذرات دارند، به اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم بر می گردد. فیزیکدان اتریشی، «لودویگ بولتزمن» نشان داد ایده قدیمی «پیوستگی» طبیعت، می تواند به خوبی از اغمال قوانین مکانیک کلاسیک در مورد تعداد زیادی ذره ریز به دست آید. دانش شیمی نشان داد که مولکول می تواند به عنوان جسم ریزی که اتم را در بر دارد، تصور شود. پیروزی بزرگ زمانی به دست آمد که مشخص شد بسیاری از خواص اتم ها می توانند توسط سه جزء ذره ای ساده : پروتون و نوترون که در هسته اتم قرار دارند، و الکترون توضیح داده شوند. دنیا چه جای قشنگی می شد : سه توپ ریز بیلیارد، تمامی تنوع شگفت آور جهان اطراف ما را به وجود آورده اند.

نیلز بوهر، به دنبال آن بود که بحث های مربوط به «طبیعت واقعی» ذرات را با توصیف آنها به صورت «هم موجی و هم ذره ای» حل و فصل نماید.

● ذرات پسا مدرن

جهان پست مدرن، قبل از آنکه جهان مدرن تمام شود، شروع شد، حداقل در جهان فیزیک چنین بود. اینچنین از آب در آمد که سه ذره بنیادی اجسام، مانند چنین توپ های بیلیاردی نیستند. مکانیک کوانتوم، آخرین تلاش بشری برای توافق با چنین واقعیتی است. در نخستین نیمه قرن بیستم، نظریه های موجی که به توصیف پدیده ها می پرداختند، در تفسیر فیزیکی شگفتی های موجود در اینکه این ذرات چگونه رفتار می کنند، شکست خوردند. سپس «نیلز بوهر» ( شکل ۱) با توصیف آنها به صورت « هم ذره ای و هم موجی» ، به دنبال شکستن این مفهوم که «ذرات ماهیت صحیح دارند» بر آمد. البته، اگر شما این « نظریه تکمیلی» را باور کردنی می دانید، حرفی نیست، ولی من به این شکل تصور که «آنها نه ذره اند و نه موج» اعتقاد بیشتری دارم. پس ماهیت این اشیاء گریزان که آنها را ذره می نامیم، چیست؟

بگذارید تثلیث «الکترونی-نوترونی- پروتونی » را به یک باغ وحش کوچک شامل ۶ کوارک، ۳ نوع الکترون و سه نوع نوترینو تبدیل کنیم. هنوز هم برای توصیف تمام موجودات بد نیست. نه، معمای واقعی طبیعت این ذرات است، نه تعدادشان. کشف خواص موجی آنها کلام آخر نبوده است، برای این امواج که به کلی با هر نوع موجی که ما تاکنون با آنها برخورد داشته ایم، متفاوت بوده اند. در حقیقت، موج های کوانتومی، اصولا شبیه موج هایی که شما در ساحل می بینید، نیستند. در بهترین حالت، آنها «موج های احتمال» هستند. این موج ها ی احتمال، داخل بسته های موجی هستند که می توانیم آنها را بگیریم یا کنار بگذاریم. این بسته ها ، همان هایی هستند که آنها را به عنوان «ذره ها» می شناسیم. عجب بازی بیلیارد سختی شد، مگر نه؟

اما آن موج های احتمال، حقیقتا موج های احتمال واقعی نیستند! آنها فقط سرعت های ممکن پایین هستند . اما اگر این سرعتها بالا باشند، یعنی به سرعت نور نزدیک شوند، این ذرات ماهیت میدانی حقیقی خود را آشکار می کنند. خوب؛ حالا اینها از کجا آمدند؟ فیزیک ذرات نوین، اصطلاح «میدان های کوانتومی» را بکار می برد. عوامل (میدان های) پیوسته ای که تاثیر آنها ذرات مجزایی را نتیجه می دهد. اینها بعضی از چیزهای گرانقیمتی هستند که خانواده سلطنتی نیاز دارد، اما فیزیک چه؟

وجوه بیشتر و بیشتری از آنچه طبیعت با قدرت از افشای آنها جلوگیری می کرده، در مورد ذرات مادی در حال برملا شدن است. حتی ریسمان ها در «نظریه ریسمان ها» نیز طناب واقعی نیستند.

● در انتهای همه چیز

اجسام از توپ های بیلییارد کوچک ساخته نشده اند. این، آن چیزی است که در صورت عدم خواست توسعه آن، به اجسامی بدون بعد، بدون جای مشخص، بدون سرعت مشخص و بدون تعداد دقیق بر می خوریم. چیز هایی که طبیعت آن را تغییر می دهند، بار آنها، که دارای دست چپ و راست مشخص هستند، ( با واکنش ضعیف) . چیزهایی که «داغ» به نظر می رسند، برای یک ناظر شتابدار، در خلا، (اثر «اونروه») . خانواده ای از اشیاء که بعضی از آنها محدود به نامرئی بودن در بیشتر مدت زمان حیات خود هستند ( ذرات با واکنش قوی). من حدس می زنم فیزیک، که در دوران طولانی به عنوان دانشی مادی که فقط با اشیاء بی جان و بی حرکت و نیروهای بی روح و برهمکنش های بین آنها سر و کار دارد، به پایان همه چیز رسیده است. به عنوان عمیق ترین سطحی که بشر به آن دست یافته، طبیعت به نظر می رسد به طور بی نهایت زیرک تر و غریب تر از گذشته است. جای شگفتی بزرگ آنجا است که ما هرگز قادر به درک ژرفای آن نبوده ایم.

ترجمه: امیر مهدی زربو ، کارشناس فیزیک اتمی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر

منبع:

http://www.thenakedscientists.com/