چگونه نیوتن نظم را به دنیای علم آورد؟ | نگاهی به فصل سوم معادله خدا

قسمت دوم: دنیایی که از احتمال ساخته شده – ورود به جهان کوانتومی

تا اینجا فهمیدیم که دنیای فیزیک دو پادشاه دارد: یکی «نسبیت عام» که اینشتین ساخت، و دیگری «مکانیک کوانتومی» که دنیای ذرات ریز را توضیح می‌دهد. در فصل‌های سوم و چهارم کتاب معادله خدا، میچیو کاکو وارد دنیای عجیبی می‌شود که حتی بزرگ‌ترین ذهن‌ها را گیج کرده: دنیای کوانتوم.

فیزیکی که غیرمنطقی به‌نظر می‌رسد!

در دنیای ما همه‌چیز طبق منطق جلو می‌رود، نه؟ اگر توپ را بیندازی، سقوط می‌کند. اگر نور را خاموش کنی، تاریکی می‌شود. اما در دنیای کوانتومی این‌طور نیست! در این دنیا، ذرات همزمان می‌توانند در چند حالت باشند. حتی می‌توانند از دیوار عبور کنند!

این را به‌عنوان شوخی نمی گوییم. آزمایش‌های واقعی این را نشان داده‌اند.

آزمایش دو شکاف (دو حفره)

تصور کن یک تفنگ الکترونی داری. آن را به‌سمت یک دیوار می‌گیری که دو شکاف (دو حفره باریک) دارد. پشت آن دیوار هم یک پرده سفید هست.

اگر الکترون‌ها واقعاً مثل گلوله باشند، فقط از یکی از شکاف‌ها عبور می‌کنند و روی پرده رد مشخصی به جا می‌گذارند. اما در دنیای واقعی، وقتی این آزمایش انجام شد، نتیجه شوکه‌کننده بود: الکترون‌ها الگویی شبیه به امواج ایجاد کردند – انگار از هر دو شکاف همزمان عبور کرده‌اند!

وقتی سعی کردند ببینند دقیقاً از کدام شکاف عبور کرده‌اند، ناگهان همه‌چیز تغییر کرد و مثل گلوله عمل کردند. انگار فقط وقتی به آن‌ها نگاه می‌کنی، تصمیم می‌گیرند «چه چیزی» باشند!

کاکو می‌گوید: «جهان کوانتومی، جهانی است که مشاهده کردن آن، واقعیت را تغییر می‌دهد.»

اصل عدم قطعیت

در ادامه‌ی فصل‌ها، کاکو به یکی از عجیب‌ترین اصول فیزیک اشاره می‌کند: اصل عدم قطعیت هایزنبرگ. طبق این اصل، نمی‌توانی هم‌زمان مکان و سرعت یک ذره را دقیقاً بدانـی. اگر یکی را با دقت زیاد اندازه بگیری، دیگری مبهم می‌شود.

برای مثال، فرض کن بخواهی دقیقاً بدانی یک ماشین کجاست و با چه سرعتی حرکت می‌کند. در دنیای کوانتومی، این غیرممکن است!

این اصل می‌گوید که در مقیاس اتمی، دنیا پر از آشوب و احتمال است، نه قطعیت. چیزی که اینشتین را آزار می‌داد. او دوست نداشت جهان با احتمال کار کند.

کوانتوم پیروز می‌شود

با وجود همه‌ی عجیب‌وغریب بودنش، مکانیک کوانتومی در عمل جواب داده است. بدون آن، چیزهایی مثل:

• لیزر
• ترانزیستور (پایه‌ی کامپیوترها)
• انرژی هسته‌ای
• و حتی MRI در بیمارستان‌ها

وجود نداشتند.

کاکو توضیح می‌دهد که اگر قرار باشد «معادله خدا» واقعاً همه‌چیز را توصیف کند، باید کوانتوم را هم در دل خودش داشته باشد. اما همان‌طور که در قسمت قبل گفتیم، نظریه‌ی اینشتین و مکانیک کوانتومی مثل دو زبان متفاوت‌اند. یکی ریاضی تمیز و قابل پیش‌بینی دارد؛ دیگری پر از احتمال و آشوب است.

پس چطور می‌توان آن‌ها را یکی کرد؟

ماجرا از چهار نیرو شروع می‌شود

در ادامه‌ی فصل چهارم، کاکو ما را با چهار نیروی بنیادین طبیعت آشنا می‌کند:

1. نیروی گرانش: همان نیرویی که سیب را به زمین می‌اندازد و سیارات را در مدار نگه می‌دارد.
2. نیروی الکترومغناطیسی: نیرویی که باعث کار کردن وسایل برقی، نور و مغناطیس می‌شود.
3. نیروی هسته‌ای قوی: نیرویی که پروتون‌ها و نوترون‌ها را در هسته‌ی اتم کنار هم نگه می‌دارد.
4. نیروی هسته‌ای ضعیف: نیرویی که باعث واپاشی ذرات رادیواکتیو می‌شود.

فیزیکدانان در قرن بیستم موفق شدند نیروی الکترومغناطیسی و نیروی ضعیف را با هم ترکیب کنند و نظریه‌ی «الکتروضعیف» را بسازند. حالا دانشمندان امیدوارند بتوانند گرانش و نیروی قوی را هم به این مجموعه اضافه کنند – و آن وقت، نظریه‌ی همه‌چیز شکل می‌گیرد.

آیا جهان فقط ماده است؟

در پایان این بخش، کاکو سؤال عمیق‌تری مطرح می‌کند: آیا واقعاً جهان از «ماده» ساخته شده، یا چیزی عمیق‌تر پشت ماجراست؟ کوانتوم می‌گوید شاید دنیا بیشتر شبیه احتمال باشد تا ماده. ذرات قبل از اینکه دیده شوند، فقط احتمال هستند – مجموعه‌ای از امکان‌ها که با «دیدن» به واقعیت تبدیل می‌شوند.

مثال:

انگار در دنیای کوانتوم، ذرات مثل «ابرهایی از احتمال» هستند. فقط وقتی به آن‌ها نگاه کنی، این ابرها به یک قطره باران واقعی تبدیل می‌شوند.

پایان قسمت دوم: دنیایی که هنوز نمی‌فهمیم

در فصل‌های ۳ و ۴، میچیو کاکو ما را با دنیایی آشنا می‌کند که شبیه جادو به‌نظر می‌رسد. دنیایی که در آن «دیدن» مساوی‌ست با «تغییر دادن». که در آن، قوانین کلاسیک دیگر کار نمی‌کنند. و همین‌جا است که لزوم یک نظریه‌ی جدید احساس می‌شود – نظریه‌ای که بتواند این آشفتگی را توضیح دهد. کاکو در ادامه‌ی کتاب به‌سمت «نظریه ریسمان» می‌رود – جایی که شاید معادله خدا، واقعاً پنهان شده باشد…