تمام دانش ما در مقایسه با واقعیت،ابتدایی و کودکانه است.ولی با این حال با ارزشترین دارایی ماست.آلبرت اینشتین
 

فیزیک برای امروز و فردا

آشنایی با فیزیک و قلمرو حکومت آن

در جستجوی زمان موهومی
ساعت ٧:٥٩ ‎ق.ظ روز سه‌شنبه ٩ اسفند ۱۳۸٤  

نویسنده:استفن هاوکینگ 
 
پس از سال 1985 کم کم مشخص شد که تئورى تار (ریسمان) تصویر کاملى نیست. اول آن که مشخص شد که تارها فقط یک عضو از دسته وسیعى از موضوعاتى هستند که مى توان آنها را به بیش از یک بعد گسترش داد. پال تونسند که همانند من یکى از اعضاى بخش ریاضى کاربردى و فیزیک نظرى در کمبریج است و بسیارى از پژوهش هاى بنیادى این حوزه را انجام داده است، نام پ-برین را براى آنها برگزیده است. هرپ-برین در جهت داراى طول است. بنابراین یک برین با تار است و برین با یک سطح یا غشا و به همین ترتیب تا آخر. به نظر مى رسد که هیچ دلیلى وجود ندارد که تار هاى با را بر سایر مقدار هاى ممکن ترجیح دهیم. در عوض باید اصل موکراسى را بپذیریم: تمام تارها به طور برابر ایجاد شده اند.

تمام تارها را مى توان به عنوان راه حل هایى براى معادلات نظریه هاى ابرگرانش در 10 یا 11 بعد در نظر گرفت. هر چند که ابعاد 10 گانه یا 11 گانه با فضا زمانى که درک مى کنیم، چندان شباهتى ندارد؛ اما در توجیه این نکته گفته مى شود که 6 یا 7 بعد دیگر چنان پیچ خورده و کوچک شده اند که متوجه وجود آنها نمى شویم و فقط ? بعد باقیمانده را که بزرگ و تقریباً مسطح هستند، درک مى کنیم.

لازم است یادآور شوم که شخصاً از پذیرفتن ابعاد بالاتر چندان خرسند نبوده ام. اما از آنجا که اثبات گرا هستم، پرسش «آیا ابعاد بالاتر واقعاً وجود دارند؟» بى معنى است. فقط مى توان پرسید آیا مدل هاى ریاضیاتى با ابعاد بالاتر توصیف مناسبى از جهان ارائه مى دهد یا خیر. ما تاکنون مشاهداتى نداشتیم که براى تفسیر آنها به وجود ابعاد بالاتر نیازى باشد. با این همه این احتمال وجود دارد که این ابعاد را در برخورد دهنده بزرگ هادرون که در ژنو قرار دارد، مشاهده کنیم. اما آنچه که بسیارى از افراد و از جمله مرا متقاعد ساخته است که مدل هاى با ابعاد بالاتر را جدى تلقى کنند، آن است که شبکه اى از ارتباط هاى غیرمنتظره که دوگانگى نامیده مى شود، در این مدل ها وجود دارد. این دوگانگى ها نشان مى دهد که مدل ها اصولاً معادل یکدیگرند، به عبارت دیگر این مدل ها جنبه هاى مختلف یک نظریه بنیادى هستند، که نظریه ام-تئوری نام گرفته است.

اگر وجود این شبکه از دو گانگى ها را نشانه اى از حرکت در مسیر صحیح ندانیم، تقریباً مثل آن است که فکر کنیم خداوند فسیل ها را در صخره ها قرار داده است تا داروین در مورد تکامل حیات گمراه شود. این دوگانگى ها نشان مى دهد که 5 نظریه ابرتار مبانى فیزیکى یکسانى را بیان مى کند و از لحاظ فیزیکى معادل ابرگرانش است. نمى توان گفت که ابر تارها بنیادى تر از گرانش است یا برعکس، ابر گرانش بنیادى تر از ابرتار. بلکه این نظریه ها بیان هاى متفاوتى از یک نظریه بنیادى است که هرکدام از آنها براى محاسبه در موقعیت هاى مختلف مفید واقع مى شوند. نظریه هاى تار براى محاسبه حوادثى که هنگام برخورد چند ذره با انرژى بالا و تفرق آنها روى مى دهد، مناسب است زیرا فاقد بى نهایت ها است. با این همه این نظریه براى توصیف چگونگى تابدار شدن جهان به وسیله انرژى تعداد زیادى ذره یا تشکیل حالت محدود مثل سیاهچاله فایده چندانى ندارد. براى چنین وضعیت هایى به ابر گرانش نیاز است که اصولاً از نظریه فضا زمان خمیده اینشتین همراه با بعضى موضوع هاى دیگر تشکیل شده است. این تصویرى از عمده مطالبى است که پس از این در مورد آنها صحبت خواهم کرد.

مناسب است براى تشریح اینکه چگونه تئورى کوآنتوم به زمان و فضا شکل مى دهد، ایده زمان موهومى را بیان کنیم. شاید به نظر برسد زمان موهومى برگرفته از داستان هاى علمى تخیلى باشد، اما زمان موهومى در ریاضیات مفهومى کاملاً تعریف شده است: زمان موهومى زمانى است که با اعداد موهومى سنجش مى شود. مى توان اعداد حقیقى معمولى همانند 1، 2، 5/3- و غیره را به صورت مکانشان روى خطى که از چپ به راست امتداد دارد در نظر گرفت: صفر در وسط خط، اعداد حقیقى مثبت در سمت راست و اعداد منفى حقیقى در سمت چپ قرار دارند.

اعداد موهومى را مى توان به صورت مکانشان روى خط عمود در نظر گرفت: صفر باز هم در وسط خط قرار دارد، اعداد موهومى مثبت رو به بالا و اعداد موهومى منفى رو به پایین ترسیم مى شود. بنابراین اعداد موهومى را مى توان به صورت نوع جدیدى از اعداد، عمود بر اعداد حقیقى معمولى در نظر گرفت. از آنجایى که این اعداد ساختارى ریاضیاتى هستند لازم نیست که به طور فیزیکى تحقق یابند، هیچکس نمى تواند به تعداد عدد موهومى پرتقال داشته باشد یا صاحب یک کارت اعتبارى با صورت حساب اعداد موهومى باشد.

ممکن است کسى فکر کند که این گفته ها به این معنى است که اعداد موهومى فقط یک بازى ریاضى است که با دنیاى واقعى کارى ندارد. با این همه از دیدگاه فلسفه اثبات گرا نمى توان تعیین کرد که چه چیزى واقعى است. تنها کارى که مى توانیم انجام دهیم این است که دریابیم کدام مدل هاى ریاضى جهانى را که در آن زندگى مى کنیم، توصیف مى کند. معلوم مى شود که مدل ریاضیاتى شامل زمان موهومى نه تنها آثارى را که پیش از این مشاهده کردیم، پیش گویى مى کند، بلکه آثارى را پیش گویى مى کند که تاکنون نتوانسته ایم اندازه گیرى کنیم، ولى به دلایل دیگر، آنها را باور داشتیم. پس چه چیز واقعى و چه چیز موهومى است؟ آیا این دو فقط در ذهن ما متمایز از یکدیگرند؟

نظریه نسبیت عام کلاسیک (یعنى غیر کوآنتومى) اینشتین زمان واقعى را با سه بعد دیگر فضا ادغام مى کند تا فضا زمان چهار بعدى را به وجود آورد.اما جهت زمان واقعى با سه جهت دیگر زمان تفاوت داشت؛ خط جهانى یا تاریخ یک ناظر در زمان واقعى همیشه افزایش مى یابد (به عبارت دیگر زمان همیشه از گذشته به سوى آینده حرکت مى کند.) ولى سه بعد دیگر فضا هم مى توانند کاهش یابند و هم افزایش به عبارت دیگر مى توان در فضا تغییر جهت داد اما نمى توان در خلاف جهت زمان حرکت کرد.

از طرف دیگر، از آنجایى که زمان موهومى عمود بر زمان واقعى است، همانند جهت فضایى چهارم رفتار مى کند و بنابراین زمان موهومى مى تواند شامل احتمال هایى بیش از مسیر راه آهن زمان واقعى باشد که داراى آغاز و پایان است یا روى یک مسیر بسته حرکت مى کند. با توجه به این مفهوم موهومى است که مى گوییم زمان داراى شکل است.

S.Hawking (2001) the Universe In A Nutsheli, Bantam Press

 


کلمات کلیدی: فیزیک نظری