حدود الفيزياء والتجربة الفيزيائية
محتوى
قبل مائة عام، كان الوضع في الفيزياء عكس ما هو عليه اليوم تمامًا. كان لدى العلماء في أيديهم نتائج التجارب المجربة، والتي تكررت عدة مرات، ومع ذلك، في كثير من الأحيان لا يمكن تفسيرها باستخدام النظريات الفيزيائية الموجودة. ومن الواضح أن الخبرة تسبق النظرية. وكان على المنظرين أن يبدأوا العمل.
يميل الميزان حاليًا نحو المنظرين الذين تختلف نماذجهم تمامًا عما يُرى من التجارب المحتملة مثل نظرية الأوتار. ويبدو أن هناك المزيد والمزيد من المشاكل التي لم يتم حلها في الفيزياء (1).
1. أهم الاتجاهات والمشكلات الحديثة في الفيزياء - التصور
الفيزيائي البولندي الشهير البروفيسور. قال أندريه ستاروسزكيويتز، خلال مناظرة "حدود المعرفة في الفيزياء" في يونيو 2010 في أكاديمية إجناتيانوم في كراكوف: "لقد نما مجال المعرفة بشكل هائل خلال القرن الماضي، لكن مجال الجهل نما أكثر. (...) إن اكتشاف النسبية العامة وميكانيكا الكم من الإنجازات الهائلة للفكر الإنساني، يمكن مقارنتها بإنجازات نيوتن، لكنها تؤدي إلى مسألة العلاقة بين البنيتين، وهو سؤال حجم تعقيده صادم بكل بساطة. . في هذه الحالة، من الطبيعي أن تطرح الأسئلة: هل يمكننا أن نفعل ذلك؟ فهل يتناسب تصميمنا وإرادتنا في الوصول إلى الحقيقة مع الصعوبات التي نواجهها؟
طريق مسدود التجريبية
منذ عدة أشهر، كان عالم الفيزياء أكثر إثارة للجدل من المعتاد. في مجلة نيتشر، نشر جورج إليس وجوزيف سيلك مقالاً يدافع فيه عن سلامة الفيزياء، منتقدين أولئك الذين هم على استعداد متزايد لتأجيل التجارب لاختبار أحدث النظريات الكونية حتى تاريخ ما في المستقبل. ويجب أن تتميز بـ "الأناقة الكافية" والقيمة التفسيرية. "هذا يكسر التقليد العلمي الذي يعود تاريخه إلى قرون والذي بموجبه تعتبر المعرفة العلمية معرفة مثبتة تجريبيا" ، هذا ما قاله العلماء. تظهر الحقائق بوضوح "الطريق المسدود التجريبي" في الفيزياء الحديثة.
لا يمكن عادةً التحقق من أحدث النظريات حول طبيعة وبنية العالم والكون من خلال التجارب المتاحة للبشرية.
باكتشاف بوزون هيغز، أكمل العلماء النموذج القياسي. ومع ذلك، فإن عالم الفيزياء لا يزال بعيدًا عن الرضا. نحن نعرف كل الكواركات واللبتونات، لكن ليس لدينا أي فكرة عن كيفية التوفيق بين ذلك ونظرية أينشتاين في الجاذبية. نحن لا نعرف كيفية الجمع بين ميكانيكا الكم والجاذبية لإنشاء نظرية افتراضية للجاذبية الكمية. نحن أيضًا لا نعرف ما هو الانفجار الكبير (أو ما إذا كان قد حدث بالفعل!) (2).
حاليًا، ما يسميه علماء الفيزياء الكلاسيكية، الخطوة التالية بعد النموذج القياسي هي التناظر الفائق، والذي يتنبأ بأن كل جسيم أولي نعرفه له "شريك".
وهذا يضاعف العدد الإجمالي لوحدات بناء المادة، لكن النظرية تتلاءم تمامًا مع المعادلات الرياضية، والأهم من ذلك، أنها توفر فرصة لكشف لغز المادة المظلمة الكونية. ولم يتبق سوى انتظار نتائج التجارب في مصادم الهادرونات الكبير، والتي ستؤكد وجود جسيمات فائقة التناظر.
ومع ذلك، لم يسمع أي شيء حتى الآن من جنيف عن مثل هذه الاكتشافات. بالطبع، هذه مجرد بداية لنسخة جديدة من LHC، مع مضاعفة طاقة الاصطدام (بعد الإصلاحات والتحديثات الأخيرة). وفي غضون أشهر قليلة، ربما سيطلقون زجاجات الشمبانيا للاحتفال بالتناظر الفائق. ومع ذلك، إذا لم يحدث هذا، يعتقد العديد من الفيزيائيين أنه يجب سحب نظريات التناظر الفائق تدريجيًا، مثل الأوتار الفائقة، التي تعتمد على التناظر الفائق. لأنه إذا لم يؤكد المصادم الكبير هذه النظريات، فماذا بعد؟
ومع ذلك، هناك بعض العلماء الذين لا يعتقدون ذلك. لأن نظرية التناظر الفائق «جميلة جدًا بحيث لا يمكن أن تكون خاطئة».
لذا فهم يعتزمون إعادة تقييم معادلاتهم لإثبات أن كتل الجسيمات فائقة التناظر تقع ببساطة خارج نطاق مصادم الهادرونات الكبير (LHC). المنظرون على حق جدا. نماذجهم جيدة في تفسير الظواهر التي يمكن قياسها واختبارها تجريبيا. ولذلك، قد يتساءل المرء لماذا يجب علينا استبعاد تطور تلك النظريات التي لا نستطيع (حتى الآن) معرفتها تجريبيا. فهل هذا أسلوب معقول وعلمي؟
الكون من لا شيء
العلوم الطبيعية، وخاصة الفيزياء، تقوم على المذهب الطبيعي، أي الاعتقاد بأننا نستطيع تفسير كل شيء باستخدام قوى الطبيعة. تتلخص مهمة العلم في النظر في العلاقة بين الكميات المختلفة التي تصف الظواهر أو بعض الهياكل الموجودة في الطبيعة. الفيزياء لا تتعامل مع المسائل التي لا يمكن وصفها رياضيا، والتي لا يمكن تكرارها. وهذا، من بين أمور أخرى، هو سبب نجاحها. لقد أثبت الوصف الرياضي المستخدم لنمذجة الظواهر الطبيعية فعاليته للغاية. أدت إنجازات العلوم الطبيعية إلى تعميماتها الفلسفية. تم إنشاء اتجاهات مثل الفلسفة الميكانيكية أو المادية العلمية، والتي نقلت نتائج العلوم الطبيعية التي تم الحصول عليها قبل نهاية القرن العشرين إلى مجال الفلسفة.
يبدو أننا نستطيع أن نعرف العالم كله، وأن هناك حتمية كاملة في الطبيعة، لأننا نستطيع أن نحدد كيف ستتحرك الكواكب خلال ملايين السنين، أو كيف تحركت منذ ملايين السنين. أدت هذه الإنجازات إلى ظهور الفخر الذي جعل العقل البشري مطلقًا. إلى حد حاسم، تحفز الطبيعة المنهجية تطور العلوم الطبيعية اليوم. ومع ذلك، هناك بعض النقاط الفاصلة التي يبدو أنها تشير إلى حدود المنهجية الطبيعية.
إذا كان الكون محدود الحجم ونشأ "من لا شيء" (3)، دون انتهاك قوانين الحفاظ على الطاقة، على سبيل المثال، كتقلب، فلا ينبغي أن تكون هناك تغييرات فيه. وفي هذه الأثناء، نحن نراقبهم. في محاولة لحل هذه المشكلة على أساس فيزياء الكم ، توصلنا إلى استنتاج مفاده أن المراقب الواعي فقط هو الذي يحقق إمكانية وجود مثل هذا العالم. هذا هو السبب في أننا نتساءل لماذا نشأ الكون الذي نعيش فيه من العديد من الأكوان المختلفة. لذلك توصلنا إلى استنتاج مفاده أنه فقط عندما يظهر شخص ما على الأرض ، فإن العالم - كما نلاحظ - "أصبح" حقًا ...
كيف تؤثر القياسات على الأحداث التي حدثت قبل مليار سنة؟
4. تجربة ويلر - التصور
اقترح أحد علماء الفيزياء المعاصرين، جون أرشيبالد ويلر، نسخة كونية من تجربة الشق المزدوج الشهيرة. وفي بنيته العقلية، ينتقل الضوء الصادر من نجم زائف على بعد مليار سنة ضوئية على جانبين متقابلين من المجرة (4). إذا لاحظ المراقبون كلًا من هذه المسارات بشكل منفصل، فسوف يرون الفوتونات. إذا كلاهما في وقت واحد، فسوف يرون الموجة. لذا فإن عملية المراقبة ذاتها تغير طبيعة الضوء الذي غادر الكوازار منذ مليار سنة!
بالنسبة لويلر، ما سبق يثبت أن الكون لا يمكن أن يوجد بالمعنى المادي، على الأقل ليس بالمعنى الذي اعتدنا أن نفهم به "الحالة المادية". هذا لا يمكن أن يحدث في الماضي، حتى... أخذنا القياس. وهكذا فإن بعدنا الحالي يؤثر على الماضي. من خلال ملاحظاتنا واكتشافاتنا وقياساتنا، نشكل أحداث الماضي في أعماق الزمن، حتى... بداية الكون!
وقال نيل توروك، من معهد بيريميتر في واترلو بكندا، في عدد يوليو من مجلة نيوساينتست: «إننا لا نستطيع أن نفهم ما نجده. أصبحت النظرية أكثر تعقيدًا وتعقيدًا. نحن نلقي بأنفسنا في مشكلة ذات مجالات وأبعاد وتماثلات متعاقبة، ولو بالمفتاح، لكننا لا نستطيع تفسير أبسط الحقائق. من الواضح أن العديد من علماء الفيزياء منزعجون من الموقف الذي لا يوجد فيه أي شيء مشترك بين الرحلات العقلية للمنظرين الحديثين، مثل الاعتبارات المذكورة أعلاه أو نظرية الأوتار الفائقة، مع التجارب التي يتم إجراؤها حاليًا في المختبرات، ولا توجد طريقة لاختبارها تجريبيًا.
في العالم الكمي، عليك أن تأخذ نظرة أوسع
وكما قال ريتشارد فاينمان الحائز على جائزة نوبل ذات مرة، لا أحد يفهم حقًا عالم الكم. على عكس العالم النيوتوني القديم الجيد، حيث يتم حساب تفاعلات جسمين لكتل معينة بواسطة المعادلات، في ميكانيكا الكم لدينا معادلات لا تشتق منها كثيرًا بقدر ما هي نتيجة لسلوك غريب لوحظ في التجارب. ليس من الضروري أن ترتبط كائنات فيزياء الكم بأي شيء "مادي"، وسلوكها هو منطقة من فضاء مجرد متعدد الأبعاد يسمى فضاء هيلبرت.
هناك تغييرات وصفتها معادلة شرودنجر ، ولكن السبب بالضبط غير معروف. هل يمكن تغيير هذا؟ هل من الممكن حتى استنباط قوانين الكم من مبادئ الفيزياء ، حيث أن عشرات القوانين والمبادئ ، على سبيل المثال ، المتعلقة بحركة الأجسام في الفضاء الخارجي ، مشتقة من مبادئ نيوتن؟ يجادل علماء من جامعة بافيا في إيطاليا جياكومو ماورو داريانو وجوليو سيريبيلا وباولو بيرينوتي بأنه حتى الظواهر الكمية التي تتعارض بشكل واضح مع الفطرة السليمة يمكن اكتشافها في تجارب قابلة للقياس. كل ما تحتاجه هو المنظور الصحيح - ولعل عدم فهم التأثيرات الكمومية يأتي من عدم إلقاء نظرة واسعة بما فيه الكفاية عليها. وفقًا للعلماء المذكورين أعلاه في مجلة New Scientist، فإن التجارب الهادفة والقابلة للقياس في ميكانيكا الكم يجب أن تستوفي عدة شروط. هذا:
- السببية - لا يمكن للأحداث المستقبلية أن تؤثر على الأحداث الماضية ؛
- القدرة على التمييز - تنص على أننا يجب أن نكون قادرين على الانفصال عن بعضنا البعض على حدة ؛
- композиция - إذا عرفنا جميع مراحل العملية ، فإننا نعرف العملية برمتها ؛
- ضغط - توجد طرق لنقل المعلومات المهمة حول الشريحة دون الحاجة إلى نقل الشريحة بأكملها ؛
- الأشعة المقطعية - إذا كان لدينا نظام يتكون من عدة أجزاء ، فإن إحصائيات القياسات حسب الأجزاء كافية للكشف عن حالة النظام بأكمله.
يريد الإيطاليون توسيع مبادئهم الخاصة بالتنقية، والمنظور الأوسع والتجارب الهادفة لتشمل أيضًا عدم رجعة الظواهر الديناميكية الحرارية ومبدأ زيادة الإنتروبيا، وهو ما لم يعجب به الفيزيائيون. وربما هنا أيضًا تتأثر الملاحظات والقياسات بمنتجات ذات منظور أضيق من أن تتمكن من فهم النظام بأكمله. يقول العالم الإيطالي جوليو سيريبيلا لمجلة نيو ساينتست: "الحقيقة الأساسية لنظرية الكم هي أن التغييرات الصاخبة وغير القابلة للإلغاء يمكن جعلها قابلة للعكس عن طريق إضافة تخطيط جديد للوصف".
لسوء الحظ ، يقول المشككون إن "تطهير" التجارب ومنظور القياس الأوسع يمكن أن يؤدي إلى فرضية العوالم المتعددة التي تكون فيها أي نتيجة ممكنة والتي فيها يعتقد العلماء أنهم يقيسون المسار الصحيح للأحداث ، ببساطة "يختارون" استمرارية معينة عن طريق قياسها.
5. عقارب الوقت على شكل عقارب الساعة
لا وقت
تم تقديم مفهوم ما يسمى بأسهم الزمن (5) في عام 1927 من قبل عالم الفيزياء الفلكية البريطاني آرثر إدينجتون. ويشير هذا السهم إلى الزمن الذي يتدفق دائما في اتجاه واحد، أي من الماضي إلى المستقبل، ولا يمكن عكس هذه العملية. كتب ستيفن هوكينج، في كتابه "تاريخ موجز للزمن"، أن الفوضى تزداد مع مرور الوقت لأننا نقيس الوقت في الاتجاه الذي يزداد فيه الفوضى. وهذا يعني أن لدينا خيارًا - يمكننا، على سبيل المثال، أن نلاحظ أولاً شظايا الزجاج المكسور متناثرة على الأرض، ثم اللحظة التي يسقط فيها الزجاج على الأرض، ثم الزجاج في الهواء، وأخيرًا الشخص الذي يحمله. في اليد. لا توجد قاعدة علمية تنص على أن "السهم النفسي للزمن" يجب أن يتحرك في نفس اتجاه السهم الديناميكي الحراري وتزداد إنتروبيا النظام. ومع ذلك، يعتقد العديد من العلماء أن هذا يرجع إلى حدوث تغيرات حيوية في الدماغ البشري، مماثلة لتلك التي نلاحظها في الطبيعة. يتمتع الدماغ بالطاقة اللازمة للتصرف والملاحظة والتفكير، لأن "المحرك" البشري يحرق الوقود والغذاء، وهذه العملية، مثل محرك الاحتراق الداخلي، لا رجعة فيها.
ومع ذلك ، هناك حالات عندما ، مع الحفاظ على نفس اتجاه السهم النفسي للوقت ، تزداد الإنتروبيا وتنقص في أنظمة مختلفة. على سبيل المثال ، عند حفظ البيانات في ذاكرة الكمبيوتر. تنتقل وحدات الذاكرة في الجهاز من حالة غير مرتبة إلى ترتيب كتابة على القرص. وبالتالي ، يتم تقليل الانتروبيا في الكمبيوتر. ومع ذلك ، فإن أي فيزيائي سيقول أنه من وجهة نظر الكون ككل - إنه ينمو ، لأنه يتطلب طاقة للكتابة على قرص ، وهذه الطاقة تتبدد على شكل حرارة تولدها آلة. لذلك هناك مقاومة "نفسية" صغيرة لقوانين الفيزياء المعمول بها. يصعب علينا اعتبار أن ما يخرج من ضوضاء من المروحة أهم من تسجيل عمل أو قيمة أخرى في الذاكرة. ماذا لو كتب شخص ما حجة على جهاز الكمبيوتر الخاص به من شأنها أن تُحدث ثورة في الفيزياء الحديثة، أو نظرية القوة الموحدة، أو نظرية كل شيء؟ وسنجد صعوبة في قبول فكرة أنه على الرغم من ذلك فإن الاضطراب العام في الكون قد زاد.
في عام 1967، ظهرت معادلة ويلر-ديويت، والتي أعقبت ذلك الوقت على هذا النحو غير موجود. لقد كانت محاولة للجمع رياضيا بين أفكار ميكانيكا الكم والنسبية العامة، وهي خطوة نحو نظرية الجاذبية الكمومية، أي. نظرية كل شيء يرغب فيها جميع العلماء. لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1983 عندما اقترح الفيزيائيان دون بيج ووليام ووترز تفسيرًا لإمكانية التحايل على مشكلة الوقت باستخدام مفهوم التشابك الكمي. وفقا لمفهومهم، يمكن قياس خصائص النظام المحدد بالفعل فقط. من وجهة نظر رياضية، كان هذا الاقتراح يعني أن الساعات بمعزل عن النظام لا تعمل ولم تبدأ إلا عندما كانت متشابكة مع كون معين. ومع ذلك، إذا نظر إلينا شخص ما من كون آخر، فسوف ينظر إلينا كأجسام ثابتة، ووصوله إلينا فقط هو الذي يسبب التشابك الكمي ويجعلنا نشعر بمرور الوقت حرفيًا.
شكلت هذه الفرضية أساس عمل العلماء من معهد الأبحاث في تورينو بإيطاليا. قرر الفيزيائي ماركو جينوفيز بناء نموذج يأخذ في الاعتبار خصوصيات التشابك الكمي. كان من الممكن إعادة إنشاء تأثير مادي يشير إلى صحة هذا المنطق. تم إنشاء نموذج للكون يتكون من فوتونين.
كان أحد الزوجين موجهًا - مستقطبًا رأسياً ، والآخر أفقيًا. ثم يتم الكشف عن حالتها الكمومية ، وبالتالي استقطابها ، بواسطة سلسلة من الكواشف. اتضح أنه حتى يتم الوصول إلى الملاحظة التي تحدد الإطار المرجعي في النهاية ، تكون الفوتونات في حالة تراكب كمي كلاسيكي ، أي تم توجيهها رأسياً وأفقياً. هذا يعني أن المراقب الذي يقرأ الساعة يحدد التشابك الكمي الذي يؤثر على الكون الذي يصبح جزءًا منه. عندئذٍ يكون هذا المراقب قادرًا على إدراك استقطاب الفوتونات المتتالية بناءً على الاحتمال الكمي.
وهذا المفهوم مغري للغاية لأنه يفسر العديد من المشاكل، لكنه يؤدي بطبيعة الحال إلى الحاجة إلى "المراقب الفائق" الذي يكون فوق كل الحتميات ويتحكم في كل شيء ككل.
6. الكون المتعدد - التصور
إن ما نلاحظه وما نعتبره ذاتيًا على أنه "زمن" هو في الواقع نتاج تغيرات عالمية قابلة للقياس في العالم من حولنا. كلما تعمقنا في عالم الذرات والبروتونات والفوتونات، ندرك أن مفهوم الزمن يصبح أقل أهمية. وبحسب العلماء فإن الساعة التي ترافقنا كل يوم، من الناحية المادية، لا تقيس مرورها، بل تساعدنا على تنظيم حياتنا. بالنسبة لأولئك الذين اعتادوا على مفاهيم نيوتن عن الزمن العالمي والشامل، فإن هذه المفاهيم تأتي بمثابة صدمة. لكن ليس فقط التقليديون العلميون هم الذين لا يقبلونهم. يعتقد عالم الفيزياء النظرية المتميز لي سمولين، الذي ذكرناه سابقًا كأحد الفائزين المحتملين بجائزة نوبل لهذا العام، أن الوقت موجود وهو حقيقي تمامًا. ذات مرة - مثل العديد من علماء الفيزياء - جادل بأن الوقت هو وهم شخصي.
والآن، في كتابه Reborn Time، يقدم وجهة نظر مختلفة تمامًا عن الفيزياء وينتقد نظرية الأوتار التي تحظى بشعبية كبيرة في المجتمع العلمي. ووفقا له، فإن الكون المتعدد غير موجود (6) لأننا نعيش في نفس الكون وفي نفس الوقت. وهو يعتقد أن الوقت له أهمية قصوى وأن تجربتنا لواقع اللحظة الحالية ليست وهمًا، بل هي المفتاح لفهم الطبيعة الأساسية للواقع.
الانتروبيا صفر
وصف ساندو بوبيسكو وتوني شورت ونوح ليندن (7) وأندرياس وينتر النتائج التي توصلوا إليها في عام 2009 في مجلة Physical Review E، والتي أظهرت أن الأجسام تحقق التوازن، أي حالة التوزيع الموحد للطاقة، عن طريق الدخول في حالات التشابك الكمي. مع محيطهم. في عام 2012، أثبت توني شورت أن التشابك ينتج الاتزان في وقت محدود. عندما يتفاعل جسم ما مع بيئته، كما هو الحال عندما تصطدم الجزيئات الموجودة في فنجان قهوة بالهواء، تتسرب المعلومات حول خصائصها وتنتشر في جميع أنحاء البيئة. يؤدي فقدان المعلومات إلى ركود القهوة، حتى مع استمرار تقلب نظافة الغرفة بأكملها. ووفقا لبوبيسكو، فإن حالتها تتوقف عن التغير مع مرور الوقت.
7. نوح ليندن وساندو بوبيسكو وتوني شورت
مع تغير نظافة الغرفة، قد تتوقف القهوة فجأة عن الاختلاط بالهواء وتدخل في حالتها النظيفة. ومع ذلك، فإن الحالات الممزوجة بالبيئة أكثر عددًا بكثير من الحالات النقية المتوفرة للقهوة، وبالتالي لا توجد تقريبًا. تعطي هذه اللااحتمالية الإحصائية الانطباع بأن سهم الزمن لا رجعة فيه. إن مشكلة سهم الزمن غير واضحة بسبب ميكانيكا الكم، مما يجعل من الصعب تحديد طبيعتها.
لا يمتلك الجسيم الأولي خصائص فيزيائية دقيقة ويتم تحديده فقط من خلال احتمال وجوده في حالات مختلفة. على سبيل المثال، في أي وقت من الأوقات، قد يكون لدى الجسيم فرصة بنسبة 50 بالمائة للدوران في اتجاه عقارب الساعة وفرصة بنسبة 50 بالمائة للدوران في الاتجاه المعاكس. تنص النظرية، المدعومة بتجربة الفيزيائي جون بيل، على أن الحالة الحقيقية للجسيم غير موجودة، وأنها متروكة للاسترشاد بالاحتمال.
يؤدي عدم اليقين الكمي بعد ذلك إلى الارتباك. عندما يتفاعل جسيمان، لا يمكن حتى تعريفهما بمفردهما، مما يؤدي بشكل مستقل إلى تطوير الاحتمالات المعروفة باسم الحالة النقية. وبدلاً من ذلك، فإنها تصبح مكونات متشابكة لتوزيع احتمالي أكثر تعقيدًا يصفه كلا الجسيمين معًا. يمكن لهذا التوزيع أن يقرر، على سبيل المثال، ما إذا كانت الجسيمات ستدور في الاتجاه المعاكس أم لا. النظام ككل في حالة نقية، ولكن حالة الجسيمات الفردية مرتبطة بجسيم آخر.
وبالتالي، يمكن أن يسافر كلاهما عدة سنوات ضوئية بعيدًا عن بعضهما البعض وسيظل دوران كل منهما مرتبطًا بالآخر.
تصف نظرية سهم الزمن الجديدة ذلك بأنه فقدان للمعلومات بسبب التشابك الكمي الذي يرسل فنجانًا من القهوة إلى حالة توازن مع الغرفة المحيطة. وفي نهاية المطاف، تصل الغرفة إلى التوازن مع البيئة الخارجية، والتي بدورها تقترب ببطء من التوازن مع بقية الكون. لقد نظر العلماء القدامى الذين درسوا الديناميكا الحرارية إلى هذه العملية على أنها تبديد تدريجي للطاقة، مما يزيد من إنتروبيا الكون.
اليوم، يعتقد الفيزيائيون أن المعلومات تصبح مشتتة أكثر فأكثر، ولكنها لا تختفي تمامًا. على الرغم من أن الإنتروبيا تزداد محليًا، إلا أنهم يعتقدون أن الإنتروبيا الإجمالية للكون تظل ثابتة عند الصفر. ومع ذلك، فإن أحد جوانب سهم الزمن لا يزال دون حل. يجادل العلماء بأن قدرة الشخص على تذكر الماضي، وليس المستقبل، يمكن أيضًا فهمها على أنها تكوين علاقات بين الجزيئات المتفاعلة. عندما نقرأ رسالة على قطعة من الورق، يتواصل معها الدماغ عبر الفوتونات التي تصل إلى العينين.
فقط من هذه اللحظة يمكننا أن نتذكر ما تخبرنا به هذه الرسالة. ويرى بوبيسكو أن النظرية الجديدة لا تفسر سبب كون الحالة الأولية للكون بعيدة عن التوازن، مضيفا أنه ينبغي تفسير طبيعة الانفجار الكبير. وقد أعرب بعض الباحثين عن شكوكهم حول هذا النهج الجديد، ولكن تطور هذا المفهوم والشكل الرياضي الجديد يساعد الآن في حل الأسئلة النظرية في الديناميكا الحرارية.
الوصول إلى حبيبات الزمكان
ويبدو أن فيزياء الثقب الأسود تشير، كما تشير بعض النماذج الرياضية، إلى أن كوننا ليس ثلاثي الأبعاد على الإطلاق. على الرغم مما تخبرنا به حواسنا، فإن الواقع من حولنا قد يكون عبارة عن صورة ثلاثية الأبعاد، أي إسقاط لمستوى بعيد هو في الواقع ثنائي الأبعاد. إذا كانت هذه الصورة للكون صحيحة، فإن وهم الطبيعة ثلاثية الأبعاد للزمكان يمكن تبديده بمجرد أن تصبح أدوات البحث المتاحة لنا حساسة بما فيه الكفاية. ويشير كريج هوجان، أستاذ الفيزياء في فيرميلاب الذي أمضى سنوات في دراسة البنية الأساسية للكون، إلى أنه تم الوصول إلى هذا المستوى للتو.
8. كاشف موجات الجاذبية GEO600
إذا كان الكون عبارة عن صورة ثلاثية الأبعاد، فربما وصلنا للتو إلى حدود دقة الواقع. لقد طرح بعض علماء الفيزياء فرضية مثيرة للاهتمام مفادها أن الزمكان الذي نعيش فيه ليس مستمرا في نهاية المطاف، ولكنه، مثل الصورة في الصورة الرقمية، يتكون في مستواه الأساسي من "حبيبات" أو "بيكسلات" معينة. إذا كان الأمر كذلك، فلا بد أن يكون لواقعنا نوع من "الحل" النهائي. هكذا فسر بعض الباحثين «الضجيج» الذي ظهر في نتائج كاشف موجات الجاذبية GEO600(8).
لاختبار هذه الفرضية غير العادية، قام كريج هوجان، عالم فيزياء موجات الجاذبية، هو وفريقه بتطوير مقياس التداخل الأكثر دقة في العالم، والذي يسمى هوجان هولومتر، والذي تم تصميمه لقياس الجوهر الأساسي للزمكان بأدق طريقة ممكنة. التجربة، التي تحمل الاسم الرمزي Fermilab E-990، ليست واحدة من العديد من التجارب الأخرى. يهدف هذا إلى إظهار الطبيعة الكمومية للفضاء نفسه ووجود ما يسميه العلماء "الضوضاء المجسمة".
يتكون الهولومتر من مقياسين للتداخل يقعان جنبًا إلى جنب. وقاموا بتوجيه أشعة ليزر بقدرة كيلووات واحد إلى جهاز يقسمها إلى شعاعين متعامدين بطول 40 مترًا، ينعكسان ويعودان إلى نقطة الانقسام، مما يحدث تقلبات في سطوع أشعة الضوء (9). فإذا أحدثوا حركة معينة في جهاز التقسيم، فهذا سيكون دليلاً على اهتزاز الفضاء نفسه.
9. التمثيل البياني للتجربة الثلاثية الأبعاد
التحدي الأكبر الذي يواجه فريق هوجان هو إثبات أن التأثيرات التي اكتشفوها ليست مجرد اضطرابات ناجمة عن عوامل خارج الإعداد التجريبي، ولكنها نتيجة الاهتزازات في الزمكان. لذلك، ستتم مزامنة المرايا المستخدمة في مقياس التداخل مع ترددات جميع الضوضاء الصغيرة القادمة من خارج الجهاز، والتي يتم التقاطها بواسطة أجهزة استشعار خاصة.
الكون الأنثروبي
لكي يتواجد العالم والإنسان فيه ، يجب أن يكون لقوانين الفيزياء شكل محدد للغاية ، ويجب أن يكون للثوابت الفيزيائية قيم مختارة بدقة ... وهي كذلك! لماذا؟
لنبدأ بحقيقة أن هناك أربعة أنواع من التفاعلات في الكون: الجاذبية (السقوط، الكواكب، المجرات)، الكهرومغناطيسية (الذرات، الجسيمات، الاحتكاك، المرونة، الضوء)، النووية الضعيفة (مصدر الطاقة النجمية) والنووية القوية ( يربط البروتونات والنيوترونات في النوى الذرية). الجاذبية أضعف 1039 مرة من الكهرومغناطيسية. ولو كانت أضعف قليلا، لكانت النجوم أخف من الشمس، ولما انفجرت المستعرات الأعظم، ولما تشكلت عناصر ثقيلة. ولو كانت أقوى قليلاً، لسحقت كائنات أكبر من البكتيريا، ولكانت النجوم تصطدم في كثير من الأحيان، مما يؤدي إلى تدمير الكواكب واحتراق نفسها بسرعة كبيرة.
كثافة الكون قريبة من الكثافة الحرجة، أي التي تحتها تتبدد المادة بسرعة دون تكوين مجرات أو نجوم، والتي فوقها سيعيش الكون لفترة قصيرة جدًا. لكي تنشأ مثل هذه الظروف، يجب أن تكون دقة مطابقة معاملات الانفجار الكبير ضمن ±10-60. كانت عدم التجانس الأولي للكون الشاب على مقياس من 10 إلى 5. ولو كانت أصغر، لما تشكلت المجرات. ولو كانت أكبر لتشكلت ثقوب سوداء ضخمة بدلا من المجرات.
تم كسر تماثل الجسيمات والجسيمات المضادة في الكون. ولكل باريون (بروتون، نيوترون) هناك 109 فوتونات. إذا كان هناك المزيد منهم، لا يمكن أن تتشكل المجرات. لو كان هناك عدد أقل منهم، لن يكون هناك نجوم. كما يبدو أن عدد الأبعاد التي نعيش فيها "صحيح". لا يمكن للهياكل المعقدة أن تنشأ في بعدين. ومع وجود أكثر من أربعة (ثلاثة أبعاد بالإضافة إلى الزمن)، يصبح وجود مدارات كوكبية مستقرة ومستويات طاقة للإلكترونات في الذرات مشكلة.
10. الإنسان كمركز للكون
تم تقديم مفهوم المبدأ الإنساني من قبل براندون كارتر في عام 1973 في مؤتمر عقد في كراكوف مخصص للذكرى الخمسمائة لميلاد كوبرنيكوس. بشكل عام، يمكن صياغته بطريقة تجعل الكون المرئي يجب أن يستوفي الشروط التي يستوفيها حتى يكون قابلاً للرصد من قبلنا. لا تزال هناك إصدارات مختلفة منه. ينص المبدأ الأنثروبي الضعيف على أنه لا يمكننا الوجود إلا في كون يجعل وجودنا ممكنًا. لو كانت قيم الثوابت مختلفة، فلن نرى هذا أبدًا، لأننا لن نكون هناك. يقول المبدأ الأنثروبي القوي (التفسير المتعمد) أن الكون هو ما يمكننا من الوجود (10).
من وجهة نظر فيزياء الكم، يمكن لأي عدد من الأكوان أن ينشأ دون سبب. لقد وجدنا أنفسنا في عالم معين، والذي كان عليه أن يفي بعدد من الشروط الدقيقة لكي يعيش فيه الشخص. ثم نتحدث عن العالم الأنثروبي. بالنسبة للمؤمن، على سبيل المثال، يكفي كون بشري واحد خلقه الله. النظرة المادية للعالم لا تقبل ذلك وتفترض أن هناك أكوانًا عديدة أو أن الكون الحالي هو مجرد مرحلة في التطور اللامتناهي للأكوان المتعددة.
مؤلف النسخة الحديثة من الكون كفرضية محاكاة هو المنظر نيكلاس بوستروم. ووفقا له، فإن الواقع الذي ندركه هو مجرد محاكاة لا ندركها. واقترح العالم أنه إذا كان من الممكن إنشاء محاكاة موثوقة لحضارة بأكملها أو حتى الكون بأكمله باستخدام جهاز كمبيوتر قوي بما فيه الكفاية، ويمكن للأشخاص الذين تمت محاكاتهم تجربة الوعي، فمن المحتمل جدًا أن تكون الحضارات المتقدمة قد خلقت ببساطة عددًا كبيرًا لمثل هذه المحاكاة، ونحن نعيش في واحدة منها في ما يشبه «الماتريكس» (١١).
هنا تم نطق كلمتي "الله" و"ماتريكس". والآن وصلنا إلى حد الحديث عن العلم. يعتقد الكثيرون، بما في ذلك العلماء، أنه بسبب عجز الفيزياء التجريبية على وجه التحديد، يبدأ العلم في دخول مجالات تتعارض مع الواقعية، ورائحة الميتافيزيقا والخيال العلمي. دعونا نأمل أن تتغلب الفيزياء على أزمتها التجريبية وأن تجد طريقة للابتهاج كعلم قابل للاختبار التجريبي مرة أخرى.
