،پنجاه سال پيش در اسکاتلند
مردي ايده بي نظيري را ارائه داد؛
،ايده اي که امروز سوداگران علم را در اروپا و امريکا
در مقابل هم
،و در مسابقه اي 10 بيليون دلاري قرار داده
:تا به چيستاني که مي گويد من و شما و همه چيز پيرامون ما
،واقعاً از چه ساخته شده ايم . پاسخ دهند
،اين سفريست به قلب ماده
غوطه ور شدن در هسته وجود فيزيکي ما
. و تمامي اين جهان فيزيکي
اما آيا اين سفر به جهان ذره اي
درک ما را از طبيعت متحول مي سازد؟
يا اين که براي ما روشن مي شود که حقيقتاً چقدر کم
درباره چيستي خودمان و اينکه از چه ساخته شده ايم، ميدانيم؟
... فضا... زمان... زندگي
. اسرارِ کيهان در کرم چاله ها نهفته است
قسمت هفتم از فصل اول کرم چاله ها
‏.:: www.bolboljan.net ::.
ما واقعاً از چه ساخته شده ايم؟
من و شما و همه چيز در اطرافمون؟
اين سوال ساده
هزاران سال هست که . بشر رو به حدس و گمان کشانده
... در دوران باستان، جواب ساده بود
،همه چيز در هستي
:از چهار عنصر يا بيشتر از آن به وجود آمده بود
... خاک
... هوا
... آتش
. و آب
... وقتي من بچه بودم . البته نه خيلي در دوران باستان
. به ما مي گفتند که همه چيز از اتم ساخته شده
،اما در اين چند دهه گذشته
دانشمندان با بررسي داخل اتم
. فهميدند که موضوع بسيار پيچيده تر از اينهاست
،با وجود اينهمه دانش
. ما هنوز هم حقيقت ذات ماده رو نمي فهميم
،اما در حال حاضر
هزاران محقق متواتراً
،ردّ پاها را دنبال مي کنند
و از هميشه بيشتر
به درک اينکه چطور همه چيز در اطراف ما
. به هم چفت مي شوند ، مي رسند
و اين کار را هم . با شکستن اشياء انجام مي دهند
،وقتي که من 6 ساله بودم
پدرم ساعت جيبي قديمي خود را به من داد
. يک زمان سنج
:مي خواستم بدانم !چطور کار مي کند
... تصميم گرفتم اين موضوع را بفهمم
متلاشي کردنش، بسيار آسان تر از . دوباره درست کردنش بود
اما من کمي درباره اينکه چه چيزي . باعث صداي تيک مي شود، فهميدم
اين تا حد زيادي همان کاريست که . فيزيکدانهاي امروز انجام مي دهند
اجرام را خرد مي کنند و خرده ريزهاي آن را
. با ميکروسکوپهاي پر قدرت بررسي مي کنند
ما همان کاري رو مي کنيم که بچه ها مي کنند
همه چيز رو مي شکنيم . و نگاه مي کنيم ببينيم چي ازش در مياد
،براي اين کار هم
بايد همه چيز رو سخت تر و سخت تر و سخت تر بشکنيم
. تا کوچکترين و ريزترين ذره ها رو ببينيم
،در "آزمايشگاه ملّي آرگون" در شيکاگو
باب استنک" دستگاههايي مي سازد" . که همتراز دنياي اتميست
اين منبع مجهز فوتون ماست
ميکروسکوپي که در حدود نيم مايل قطر داره
و حاوي 33 ايستگاه هست
که در اونها 33 آزمايش مجزا مي تونه اتفاق بيفته
براي اندازه گيري ساختارهاي ريزي از
. هر چه که اين آقايون دلشون بخواد اندازه بگيرند
،اگر دوران دبيرستان رو به ياد داشته باشيد
زماني که با ميکروسکوپ به چيزي نگاه مي کرديم
!... مي گفتيم: اوه اينها رو ببين... چقدر جالبه
اين بسيار شگفت انگيزه که نور و ديد معمولي
. بتونند شما رو به چنين سطحي از جزئيات برسونند
در هر حال امروز به دلايل زيادي
. به چيزهايي بيش از يک نور عادي نياز هست
. لازمه که ريز تر و ريز تر و ريز تر بشيم
ما مي تونيم همه چيز رو بسيار کوچکتر از A. P. S با
. چيزي که با ميکروسکوپ معمولي ميشه ديد، ببينيم
،مي تونيم اشياء رو 10 بار کوچکتر ببينيم
،هزار بار کوچکتر ببينيم . يا 10.000 بار کوچکتر ببينيم
در حقيقت ما مي تونيم اشياء رو 10 در 10 برابر کوچکتر از
. حالتي با نور عادي ببينيم
. مي تونيم مولکولها رو ببينيم
. مي تونيم ويروسها رو ببينيم
. مي تونيم تقريباً ساختار حيات رو ببينيم
توانايي تصوير برداري از مولکولها و اتمها
موضوع خارق العاده ايست ،زيرا همين صد سال پيش
. اتم" تنها يک تئوري بود"
،در اواخر قرن بيستم
اعتقاد بر اين بود که ،اگر اتم اصلاً وجود داشته باشد
. يا صدفهايي خاليست و يا گويهاي توپُر و ريز
. اما يک تحقيق، همه چيز را تغيير داد
اين تصور "ارنست راترفورد" يا
. شرلوک هولمزِ" فيزيک ذره اي بود"
M. I. T استيو نان" پروفسور"
و سرپرست تيم بزرگترين شتاب دهنده ذره اي
. بزرگ اروپاست هادرن کُلايدر
استيو" قرار است"
يکي از مهمترين آزمايشات
... در تاريخ علم را بازسازي کند
. کاوشگر "راترفورد" در ساختار يک اتم
. اين آزمايش هم مثل تجربه "راترفورد" هست
ما از همان ورقه هاي طلا استفاده مي کنيم
. و ميليونها ذره را از اين ورقه ها عبور مي دهيم
راترفورد" فکر مي کرد که همه ذرات"
،مستقيماً عبور مي کنند و هيچ شکستي پيدا نمي کنند
. اما اينطور نيست
"تجربه "راترفورد
. مثل شليک به يک کومه علف است
ذرات، مثل گلوله هستند
. و اتمهاي ورقه طلا هم مثل کومه خرمن علف
،اگر خرمن توخالي باشد گلوله مستقيماً از آن عبور مي کند
،اما اگر خرمن با گلوله هاي توپ پر شده باشد
. همه گلوله ها کمانه مي کنند
و اگر هم فقط چند گلوله توپ در مرکز باشد
بعضي از گلوله ها کمانه مي کنند
. که اين همان اتفاقيست که مي افتد
،وقتي "راترفورد" ذرات را شليک کرد
،بيشتر آنها مستقيماً عبور کردند
،اما بعضي از آنها از مرکز هدف، کمانه کردند
. درست بر خلاف قاعده آن زمان
،چيزي کوچک و سخت در آن ميان وجود داشت
. در اعماق صدف اتم
اين شاهدي از وجود جرمي بسيار ريز و بسيار سنگين
در هسته اتم است
هسته سنگيني که
. با فضاي خالي وسيعي احاطه شده
،در حقيقت
هسته اتم صد هزار بار کوچکتر از
. شعاع اتم است
قابل مقايسه است با نوک يک سنجاق
. در وسط يک استاديوم فوتبال
،"پس از "راترفورد . فيزيکدانها جستجوي درون اتم را ادامه دادند
:دريافتند که اتم از سه بخش تشکيل شده است
پروتونها و نوترونها ،که هسته اتم را شکل مي دهند
به همراه الکترونها که . پوسته اطراف آن را فرم مي بخشد
. همه اينها با هم، اتم را تشکيل مي دهند
اتمها به هم مي چسبند و مولکول را مي سازند
،و از اين مولکولها
... . DNA اشکال پيچيده تر
... . و هفت هزار تريليون تريليون اتمي که
. بدن انسان رو به وجود مياره ايجاد ميشه
براي مدتي، تئوري اتمي جهان
به نظر مي رسيد که همه چيز را توضيح مي ده
اما بعد فيزيکدانها، اتم رو شکستند
و باتلاقي از معماهاي ذرات جديد رو کشف کردند
. که تئوريهاي اونها رو وارونه کرد
بُهت آورترينشون، هم ... ضد ماده" ناميده ميشه"
. يعني دوقلوي اهريمني ماده
،اگر فقط اين اندازه از اون ،با ماده معمولي برخورد کنه
. يک شهر رو با خاک يکسان مي کنه
حالا چرا دانشمندان اينهمه سعي مي کنند اون رو توليد کنند؟
چون معلوم شده که . ممکنه حاوي راز معماي ماده باشه
،در ابتدا وقتي دانشمندان اتم رو شکستند
:پرده از ذات سلولهاي بنيادين اتم برداشتند
. پروتونها، نوترونها و الکترونها
بعد، دستگاههايي ساختند
که اونها رو قادر مي کرد تا همين ذرات کوچک رو هم له کنند
. و از دل اونها ذرات عجيب تازه اي استخراج شد
شايد عجيب ترينش، چيزيست که . ما به آن ،"ضد ماده" مي گيم
. يعني قطب مخالف ماده
. انفجاري ترين عنصر هستي
وقتي ماده و ضد ماده با هم بر خورد کنند
. به صورت شديدي همديگر رو خنثي مي کنند
:فيزيکدانها مي گويند . همديگر رو نابود مي کنند
. انفجاري عظيم ايجاد مي کنه
... چقدر عظيم؟
کمتر از نيم گرم ضد ماده
. مي تونه 13 کيلو تُن انفجار توليد کنه
. يعني به بزرگي بمب هيروشيما
پروفسور "فرنک کلوز" فيزيکدان تئوريک
. دانشگاه "آکسفورد" است
ضد ماده ، بهترين مخالف ماده است
،اگر من از ضد ماده ساخته شده بودم
دقيقاً به همان شکلي که امروز هستم به نظر مي رسيدم
اگر به اتمهايي که من ،از آن درست شده بودم نگاه مي کرديد
. دقيقاً به شکل اتم ضد ماده بودند
شما فقط وقتي وارد اتم مي شويد، قادريد
. اختلاف اونها رو ببينيد
،اتمهايي که ما از اونها ساخته شده ايم
الکترونهاي بار منفي کوچکي دارند
. که به دور هسته مثبت بزرگي در گردشند
... اما ضد ماده؟
... از اين مرد بپرسيد
"جول فِيجِنس"
يک محقق ضد ماده
. در دانشگاه برکلي کليفرنياست
. ضد ماده در همه جاي دنيا هست
براي مثال، اين موز، حاوي پتاسيم 40 هست
. يک ايزوتوپ پتاسيمي که پازيترون منتشر مي کنه
مطالعه پازيترون و ساير فرمهاي ضد ماده
دشوار هست و اين همان کاريست که من انجام مي دم
. اين شغل منه که درباره ضد ماده مطالعه کنم
من تاحدي الهام اين کار رو
از تجربه اي که در اينجا به دست آوردم کسب کردم
،"اين شتاب دهنده "به واتران
. در آزمايشگاه ملي "لارنس" بِرکلي
. بِه واتران" اولين شتاب دهنده ذره اي بوده"
در حال حاضر از هم پاشيده اما در دهه پنجاه
. مرکز تحقيقات جهان فيزيک بود
"همان تکنيکي که در "به واتران
،براي شتاب دادن ذرات مورد استفاده بود
امروز در شتاب دهنده هاي عظيم
. سراسر دنيا استفاده مي شه
شتاب دهنده هاي ذره اي مثل ميکروسکوپهاي غول پيکري هستند
. که به ما اجازه مي دهند تا وارد دنياي اتمي بشويم
. مواد را به کوچکترين اجزاي آن مي شکنند
،فرو رفتن به درون اتم تا حد رسيدن به ضد ماده
نيازمند گرفتن پروتونهاي هسته اتم
،و گير انداختن آنها در يک مکنده
. و سپس شليک آنها به حلقه غول پيکر الکترونهاست
يک شتاب دهنده ذره اي
با شروع حرکت پروتونها به دور يک حلقه کار مي کنه
،و هر بار که مي چرخند
يک ضربه اي با ميدان الکتريکي به اونها وارد مي شه
تا سريعتر و سريعتر
... و سريعتر و سريعتر
. و سريعتر بچرخند تا اينکه تقريباً به سرعت نور برسند
اونها تقريباً در سرعت دهنده ذره اي
،واقعا به سرعت نور مي رسند
... البته اينجا، خيلي سرعت نمي گيرند
... يعني نه هنوز... .
... حالا پروتونها در اين جهت
،با پروتونهايي در جهت ديگري به سوي هم در حرکتند
،و يک جايي
. مثل تصادف ماشين به هم برخورد مي کنند
مي تونيد زمان برخورد . دو تا ماشين رو به هم تصور کنيد
،همه قطعات به اطراف مي پاشند
و در اطراف اين نقطه تداخل
،که تصادف رخ داده
. همانجاييست که ما گيرنده هاي خودمان رو داريم
،و اين اتفاق
ميليونها و ميليونها . و ميليونها بار در ثانيه مي افته
،وقتي شما پروتونها را مي شکنيد
. انرژي عظيمي را آزاد مي کنيد
اتفاقات غريبي از اين انفجار حاصل مي شوند
که شامل اجرام ريزيست که به ظهور مي رسند
... و در يک بيليونيم ثانيه نيز ناپديد مي شوند
ذراتي همچون ضد نوترون
. و ضد پروتون
نظريه پردازان معتقدند که . اينها در 1920 وجود داشته اند
دهها سال بعد، "بِه وِاتران" ثابت کرد . که آنها درست مي گفتند
ناگهان جهاني که ما ،تصور مي کرديم آن را مي شناسيم
. بسيار غريبه تر شد
،پازيترونهاي مواد مثل فساد راديو اکتيوي يک ماده
،مثل موز يا تشعشعات کيهاني
،از نيمه ديگر يک جهان ضد ماده
يا حتي ضد پروتونهاي دستگاههايي مثل اين
و تشعشعات کيهاني و ساير منابع طبيعي ديگر را
از نيمه ديگر يک جهان ضد ماده بگيريد
،و کنار هم بگذاريد
يک جهان کاملاً ضد ماده قرينه خواهيد داشت
که دقيقاً مثل جهان ماست
به جز اينکه همه چيز در اون برعکس هست و همه چيز قرينه ديگريست
و اين موضوع يک کمي غير منتظره و شايد شوکه کننده هست
چون دنياي ماده و دنياي ضد ماده
،خيلي با هم قابل مقايسه نيستند
وقتي اينها رو کنار هم ميگذاريد
و با هم تماس پيدا مي کنند نابود يا تخريب مي شوند
پس ما چطور به وجود آمديم؟
،چون اگر به اندازه ماده
،ضد ماده هم در جهان وجود داشته باشه
همه بايد با هم مخلوط شده باشند
. و ما بايد الآن با نيستي کامل روبرو باشيم
انفجارهاي ريز نورهايي که شما در اينجا مي بينيد
. ضد الکترون يا پازيترون هستند
،وقتي از يک ديسک کوچک ،راديو اکتيو نشت مي کند
الکترونهاي مخالف خود را
در ماده معمولي موجود گرم کرده
،و در يک آن نابود مي شوند
. و اين تشعشعات انرژي را به وجود مي آورند
،پازيترونها و الکترونها . کوچکترين ذرات قابل تصورند
بنابراين ، اين حقيقت که شما مي توانيد ،انفجار آنها را با چشم غير مسلح ببينيد
. به شما درکي از اندازه انرژي آزاد شده مي دهد
. ضد ماده، از بالاترين حد انفجار برخوردار است
،برخي نگرانند که در صورت افتادن به دست نا اهل
مي تواند در توليد بمب ضد ماده به کار رود
. يعني نهايي ترين سلاح ممکن
ممکن نيست که ما بتونيم زمين را
. با استفاده از ضد ماده توليد شده نابود کنيم
اين کاملاً غير ممکن است
که بشه مقدار زيادي از ضد ماده رو پيدا کرد
. به خصوص از نظر اقتصادي
اگر شما بخواهيد فقط چند گرم ضد ماده هم درست کنيد
بايد اين کارخانه ها رو براي
هزاران سال به کار بيندازيد تازه اگر نگوييم دهها هزار سال
. تا بشه فقط چند گرم ضد ماده توليد کرد
. اين فقط يک موضوع بنيادي در فيزيک هست
. موضوع بازدهي در کار نيست
اينطور نيست که بخواهيم در اين زمينه بهتر از
. آنچه بشويم که هستيم
. پس نگران نباشيد
. دنيا امن است
. ضد ماده چيزيست که ما از آن درست نشده ايم
اما اصل وجود داشتن آن
مبين اين است که جهان غريبه واقعاً چه مي تواند باشد
و ما چقدر کم از نيروهاي کيهاني که در
. آسمان و در درون بدن خود ما در کارند خبر داريم
کشف ضد ماده
،با کاوش عميق تر در قلب اتم
. با توليد کننده فشار ذره اي قدرتمندتري ادامه يافت
. اما فيزيکدانها از آنچه که ديدند خوشحال نشدند
،هر چه جلوتر مي رفتند . همه چيز کمتر قابل درک مي شد
شتاب دهنده ها
. ناوگاني از ذرات اسرار آميز غير منتظره را آشکار کردند
،دهها گونه مختلف
. تکه هايي از ماده که همه با هم فرق داشتند
. برخي در حدي باورنکردني سنگين بودند
. برخي هيچ وزني نداشتند
. "دنياي ذره اي معروف شد به "باغ وحش ذرات
ما وقتي درباره "باغ وحش ذرات" مطالعه مي کرديم
،که خيلي هم معين نبود
ميديديم که خيلي به هم ريخته هست . و اصلاً درست به نظر نمي رسيد
... به خودتون مي گيد: اين ديگه چيه؟
. بايد يه چيز بهتري اينجا باشه
،چون اين انگار که
،مثلاً يک چيزهايي دسته بندي شده ،مثل جادوي سياه
. که طرف نمي دونسته داره چه مي کنه
. فيزيک تقلاييست براي هر چه ساده تر کردن
. اما اين يک به هم ريختگي کامل بود
چرا؟
براي کمک به شکافتن اين معما ،در دهه هفتاد
،"ايالات متحده "آزمايشگاه فِرمي
يک تجهيزات تحقيقي انرژي بالا را . در سي مايلي خارج شيکاگو احداث کرد
،"آزمايشگاه "فرمي" روي "تِه واتران"
. شتاب دهنده ذره اي چهار مايلي ساخته شده است
"فيزيکدان برنده جايزه نوبل "لئون لدرمن
بسياري از آزمايشات خود را . در اينجا به انجام رسانده است
،اما براي دهها سال او نيز همچون ديگران در تاريکي مي گشت
تا منطقي را براي اين در هم ريختگي . دنياي کوانتومي بيابد
،کم کم
ذرات بيشتر و بيشتري وارد صحنه مي شدند
تا اينکه به دويست ذره
،در دهه هاي 50 و 60 و 70 رسيدند
و بعد اينجا بود که آنها را
،در گروههاي هم خانواده دسته بندي کردند
و در نهايت هم در اواخر دهه 70 و اوايل 80 بود که
به يک جمع بندي به نام . مدل استاندارد" دست يافته شد"
،اما اين يک روند تدريجي بود
. "درست مثل يک "پازل جيگسا
،که بايد قطعات درست رو انتخاب کرد و همه چيز بايد روي هم بريزه
. و در جعبه هم روي آن گذاشته بشه
،پس از مطالعه هزاران پازل جيگسا
فيزيکدانها متوجه شدند که . در حال نگريستن به چه چيزي هستند
راب روزِر" مسئول ردياب غول پيکريست که"
از برخورد مواد و ضد مواد
. در اين مجموعه عکس برداري مي کند
پشت سر من ، يک رخداد از برخورد پروتون و آنتي پروتون در حال نمايش هست
. اتفاق افتاده CDF که در داخل ردياب
مي تونيد تصور کنيد که يک پروتون از يک جهت
،و خارج از صفحه وارد
. و در نقطه مرکزي دچار برخورد شده
بنابراين با مشاهده خم شدگيها و انحناهاي ذرات
اگر در يک جهت انحنا پيدا کرده باشه
اين ذره بار مثبت داره
و اگر در جهت مخالف انحنا پيدا کرده باشه
. ذره بار منفي داره
حالا اگر ما اين رخداد رو بررسي کنيم
مي تونيد يک جرم بلند منفرد صورتي رو ببينيد
. که معطوف به اين دسته بزرگ صورتيست
هر چه پر رنگ تر باشه يعني انرژي بيشتري داره
پس مي بينيد که در اينجا يک ذره منفرد
مقدار زيادي انرژي رو
. درست در منطقه گرماسنج از دست مي ده
. که اين نشان دهنده الکترون هست
اينطرف هم شما يک خط منفرد رو مي بينيد
که در نيمه پشت ردياب . انرژي خودش رو از دست مي ده
بيشتر خصوصيات يک ذره "ميون" رو داره
. ميون"، يک الکترون سنگين هست"
حالا ما مي تونيم اطلاعات زيادي رو
،فقط با بررسي يکي دو تا ايده ساده به دست بياريم
،با توجه کردن به اينکه اين ذرات به کجا مي رن
،چقدر انحنا دارند
و انرژي خودشون رو . در کجاي ردياب تخليه کرده اند
،امروز
پس از سالها مطالعه اين ذرات اتمي برگهاي چاي
فيزيکدانها معتقدند که ما
:به پاسخ اين سوال که . ما واقعاً از چه ساخته شده ايم،نزديک مي شويم
،آنچه ما امروز متشکل از آن هستيم
. شايد فقط شامل يک مشت ذره باشه
اتمهايي که در خارج اونها الکترونها هستند
که مثل سيارات به دور آن مي چرخند
يک هسته هم در وسط اتم هست
که ما فکر مي کرديم از پروتون و نوترون تشکيل شده
که البته همينطور هم هست ،اما عميق تر که بشيم
يعني درست در قلب پياز کيهاني
مي بينيم که از ذرات ريزي تشکيل شده . که "کوارک" ناميده ميشه
و اين کوارکها هم دو نوع هستند کوارک فرازين و فرودين
. و فقط همين
اين کوارکهاي فرازين و فرودين
به روشهاي مختلفي به هم وصل مي شوند و در نهايت هسته اتم رو تشکيل ميدن
و الکترونهاي خارج از آنها هم با هم اتم رو درست مي کنند
،فرو رفتن در يک نوترينو
،که ضمن روند راديو اکتيوي توليد شده
ذره ابتدايييست که
. همه چيزهايي رو که شما مي تونيد ببينيد تشکيل داده
،البته فوتونهاي نور هم هستند
که ما به وسيله اونها مي تونيم ببينيم
. و همين و همين
بيشتر اتمهاي بدنِ ما
از هسته و الکترون درست شده
و خود هسته ها از پروتونها و نوترونها ساخته شده اند
و پروتونها و نوترونها هم . از کوارکها ساخته شده اند
:و البته شما مي خواهيد بدونيد که "کوارکها از چي ساخته شده اند؟"
و اينجا همانجايي هست که . ما فعلاً گير کرده ايم
،ظرف اين 40-50 سال اخير ما در حال مطالعه کوارکها بوده ايم
،تا بتونيم چيزي رو در درون اونها پيدا کنيم
ولي همان نتيجه اي رو که . از الکترونها گرفتيم حاصل کرديم
. هيچ چيزي داخلشون نيست . کوارک سايز نداره
. اندازه کوارک صفر هست
يک کمي شبيه به . فيلم "اليس در سرزمين عجايب" هست
"يادتون هست که "اليس گربه چسير" رو ديد"
که با لبخند روي شاخه درختي نشسته بود؟
"در حيرت فوق العاده "اليس
،و درست در مقابل چشمش
گربه چساير" شروع به ناپديد شدن کرد"
. و ناگهان... پوف... ناپديد شد
:اما يک اثري از خودش به جاي گذاشته بود ... لبخندش...
،اين لبخند کوارک . جعبه کوچکيست پر از انرژي
،تمامي مواد در حقيقت متشکل از انرژيهايي هستند
. که در فرم ذرات، منجمد شده اند
و اين به نظر مي رسد همان چيزي باشد که ما از آن ساخته شده ايم
. حداقل تا آنجا که ما مي دانيم
،اما علم به اين موضوع معماي ديگري را پيش روي ما گسترده مي کند
:که مي گويد ،چرا موادي که ما از آن ساخته شده ايم
اينگونه عمل مي کنند؟
کشف ما از ماده
. مبين آن است که همه چيز تقريباً توخاليست
من ، شما و همه چيز در جهان
. همه فضاهايي خالي هستند با نقاطي چند از ماده
که در يک تهي شناورند . مثل سنگي در وسعت فضا
اما چگونه سر سوزنهاي ماده
فرم و حالت مي گيرند؟
. بايد چيزي باشد که آنها را به هم متصل کند
. چيزي مثل چسب، در اقيانوسي از نيستي
"سوال اين است که "آن چيست؟
امروز ما فکر مي کنيم که . ميدانيم از چه ساخته شده ايم
سلولهاي بنيادين بينهايت ريزي که
. تمامي مواد در جهان را فرم مي دهند
اما يافتن اين ذرات و تکه هاي ماده
:معمايي چالش برانگيزتر از اين را آشکار کرد
چرا اشياء جامدند؟
... چرا جرم دارند؟
. ماده بيشتر از فضاي خالي تشکيل شده
اينجا و آنجا شما يک اتم پيدا مي کنيد
. اما بيشتر جاها خاليست
پس اينجا اتم هست و اونجا هم اتم هست ... و همينطور الي آخر
پس چطور به هم وصل شده اند؟
شما چطوري يک پارچه هستيد؟ من چطوري يک پارچه هستم؟
. چسب نيست . ميدونيد که چسب نيست
بايد يک جور تبادل بنيادين باشه
اين تبادل نيرو بايد رخ بده
،حتي اگر شما اون رو نبينيد هم
. بايد در سطح جهاني در همه جا اتفاق بيفته
. فضاي خالي ، به هيچ وجه خالي نيست
. بلکه با نيرو پر شده است
،وقتي اين دو نفر ،بسکتبال را به هم پاس مي دهند
لحظه انتقال توپ
،از يکي به ديگري که آنها را از هم دور مي کند
يک مجموعه تبادل از نيروهايي نامرئيست
. که با يکديگر در ارتباطند
:پس چهار نيروي بنيادي در کار هست
نيروي گرانشي" که همه درباره اون مي دونند"
نيروي الکترو مغناطيسي" که" اغلب اون رو مي شناسند
نيروي ضعيف" که شما درباره اون نشنيده ايد"
. و "نيروي قوي" که اين يکي رو هم نشنيده ايد
نيروي ضعيف چيزيست که ضايعات راديو اکتيو رو تعيين مي کنه
. اينکه اورانيوم چطور و به چه ضايعه اي تبديل بشه
. اين مرحله به وسيله نيروي ضعيف اداره مي شه
نيروي قوي ، نيروييست که . پروتونها رو به هم متصل نگه مي داره
چيزي که "کوارکها" رو در سه قعطه . به هم وصل مي کنه تا پروتون رو بسازند
،پس ما نيروي ضعيف و قوي رو در حال عمل داريم
،و چيزي که نمي فهميم، نيروي گرانشيست
و از طرفي هم فکر مي کنيم که . نيروي الکترو مغناطيس رو مي شناسيم
همانطور که ما نمي توانيم ببينيم ،همه چيز از چه ساخته شده
. نمي توانيم نيروهاي بنيادين پيرامونمان را هم ببينيم
. اما مي دانيم که وجود دارند
دريافتن اين که اين نيروها چگونه کار مي کنند
،و اصولاً از کجا آمده اند
. کنکاش اصلي فيزيک مدرن است
حل اين معما
مي تواند روشن کننده مسدودترين معماي هستي باشد
،که نه تنها بگويد ما از چه ساخته شده ايم
بلکه توضيح دهد که چرا . همه چيز در درون ما فرم ثابتي دارد
کليد اساسي در فيزيک ذره اي
کشف آن بود
. که برخي از ذرات در حقيقت حامل نيرو هستند
،براي مثال، فوتونها که ذرات نور هستند
. حامل نيروي الکترومغناطيسي هستند
. تمامي نيروها چنين حامليني دارند
،ما هنوز تمامي آنها را نيافته ايم
. اما آنقدر مي دانيم که آنها وجود دارند
و به اندازه کافي مي دانيم که آنها چگونه در همکاري با هم هستند
تا در دماهاي بسيار شديد
نزديک به يک ميليون بيليون درجه
الکترو مغناطيس و نيروي ضعيف . شروع به ادغام شدن در هم کنند
. به اين ادغام، "ادغام الکترو ويک" مي گويند|
... سعي نکنيد آن را بفهميد . من هم آن را نمي فهمم
اما براي فيزيکدانها . اين موضوع همچون يافتن حلقه اي گمشده بود
اين موضوع راهي بود به سوي موفق ترين تئوريهاي
... تاريخ علم
. مدل استاندارد فيزيک ذره اي
در طول 40 سال اخير بارها و بارها اثبات شده است
. اما مشکلي در اين ميان وجود دارد
. مشکلي بزرگ
. که به "باغ وحش ذرات" مربوط مي شود
همان ذرات عجيبي که با تصادم پروتونها به هم
. قادريم ببينيم چه در درون آنهاست
. ذرات اتمي، وزن يا جرم زيادي دارند
،براي مثال
يک "کوارک" مي تواند وزني 200 برابر
،بيشتر از الکترون داشته باشد
و اين ذرات، اقوامي حتي سنگين تر
. با وزني 100.000 برابر بيشتر از خود هم دارند
مدل استاندارد"، نمي تواند توضيح دهنده"
. دليل چنين مقياس عجيبي در جرم ذرات باشد
يا حتي اينکه بگويد . چرا ذرات بايد اصلاً وزني داشته باشند
حل اين مشکل
. به يکي از بزرگترين تلاشهاي فيزيک نوين تبديل شد
. و رستگاري هم به دست اين مرد انجام گرفت
،با "پيتر هيگز" آشنا شويد
پروفسور بي ادعايي که بزرگترين
و پر هزينه ترين تحقيقات را
. در تاريخ علم به انجام رساند
. يک روزنه در مدل استاندارد جهان وجود داشت
. پيتر هيگز" آن را به کار انداخت"
هيگز" گفت که يک ميدان وسيع"
،که تا ابديت گسترده است . در همه چيز جريان دارد
وقتي انواع به خصوصي از ذرات با اين ميدان برخورد مي کنند
. اين برخورد است که به آن ذرات، جرم مي دهد
،اگر نظريه "هيگز" به حقيقت تبديل شود
ممکن است ما بتوانيم بفهميم . چرا اجسام جامدند
"اما در ابتدا ،"هيگز . براي پذيرش نظريه اش دچار مشکل بود
،مقاله او در توضيح اين ايده . رد شد "توسط "سرن
،من ناراحت شدم
چون فکر مي کردم کاري که انجام داده ام
. احتمالاً پيامد مهمي بوده
پس دوباره مطالبي را با اضافه کردن يک پاراگراف ديگر نوشتم
"و به جاي ارسال آن به "ژنو
"که فکر مي کردم کارگزاران "سرن در آنجا متوجه نشده بودند
،که من چه مي گويم
اون رو به آنسوي اقيانوس . و به مرکز بازخواني فيزيک ارسال کردم
،به جورنال امريکايي مکاتبه کننده
. و در آنجا هم پذيرفته شد
پاراگرافي که "هيگز" به مقاله اش اضافه کرد
،مي گفت که ميدان توليد کننده جرم
،ذراتي هماهنگ را با خود دارد
"يک حاملِ نيرو موسوم به "هيگز بوزان
و اين ذره هماهنگ
مي تواند به صورت تئوريک . در دستگاه شتاب دهنده ذرات توليد شود
،خوشبختانه
فيزيکدانهاي دست اندر کار . با ايده "هيگز" به هيجان آمدند
اتفاقي که درباره اين تئوري افتاد آن بود که
البته تعداد اندکي از تئوريسينها از آن حمايت کرده بودند
. اما آنها عاشق اين ايده شدند
،و بعد کم کم
تئوريسينهاي بيشتر و بيشتري به اين قائله پيوستند. مي دونيد چي مي گم؟
... مثل يک قطار... هو هو
. و ديگه اين قطار به راه افتاده بود
در يکي از بزرگترين سخريه هاي علم مدرن
سرن"، يعني ارگاني که" ،مقاله "هيگز" را رد کرده بود
تنها 10 بيليون دلار هزينه کرد
تا دستگاهي بسازد که . بتواند ذرات "هيگز" را بيابد
اما "هيگز" دقيقاً چيست؟
،از نيم دوجين فيزيکدان بپرسيد
. تا نيم دو جين پاسخ متفاوت داشته باشيد
... "هيگز"
گفتنش سخته
. وقتي که به مقياس "هيگز بوزاس" مي رسيم
... يک
مقايسه اي هست
،با چيزي که از شيره قند بيرون مي کشيد
،اما براي من اين سر در گم کننده است
،چون اتلاف انرژيست
. و اين قياس غلطه
. واقعاً مقياس خوبي براي "هيگز" وجود نداره
،چيزي که من در باره "هيگز" خوندم . از نظر من گيج کننده هست
. من اينطوري فهميدم
. فرض کنيد که يک گروه خبرنگار در يک اتاق هستند ... يک اتاق پر جمعيت
"و من و پرزيدنت "اوباما
مي خواهيم وارد اين اتاق بشيم
. و از در ديگرش هم خارج بشيم
پس ما وارد مي شيم و چي ميشه؟
البته همه خبرنگارها . دور آقاي "اوباما" رو مي گيرند
،و "باب" که اينطرف هست
. راحت به در خروجي مي رسه
پس من بدون هيچ مزاحمتي مي تونم به اين در برسم
،در حاليکه آقاي "اوباما" با مزاحمت زيادي روبروست . با جرم زيادي مواجه هست
ميدان "هيگز" هم يک ذره رو به همين شکل
. بيش از ذره ديگر تحت تاثير قرار مي ده
... بايد بيشتر قابل مقايسه باشه با
،بذاريد وقتي ما چيزي مثل اون رو پيدا کرديم
. مقايسه بهتري براتون انجام ميديم
. يه مقايسه ديگه
. يه چيزي که در رابطه با ماشين باشه يا يه چيز ديگه
... چي بگم؟
،هر طور که آن را تشريح کنيد
هيگز" مشکل را حل مي کند"
. مشکلي که با "باغ وحش ذرات" آغاز مي شود
ايده بسيار شکوهمنديست ،چون وقتي اون رو قبول مي کنيد
. ديگه تصوير کلي ذرات ساده تر مي شه
. ديگه ذرات زيادي وجود ندارند
بلکه جرم هست که باعث مي شه . ذرات زيادي به نظر برسند
،يک کمي شبيه به "کالايدوسکوپ" هست
که شما با آينه هاي زيادي به درونش نگاه مي کنيد
،و فقط هم يک مسير کوچکي وجود داره
اما پشت سر هم در آينه ها منعکس ميشه و منعکس مي شه
. و به نظر خيلي پيچيده مي رسه
پديده "هيگز" راه بسيار مطلوبي
. براي ساده کردن "مدل استاندارد" هست
. هيگز" به بذر ابتدايي ماده جرم مي بخشد"
بذرهايي همچون الکترون و اتم . و کوارکهاي درون پروتون
همانطور که جرم الکترون
،به تعيين اندازه اتم کمک مي کند
،هيگز" به هر چه که ما مي شناسيم" . فرم و ساختار مي بخشد
،اگر آن را حذف کنيد
من، شما، سگتان و همه زمين
. به سرعت برق از هم مي پاشيم
حالا چطور شما چنين
نيروي طبيعي نامرئي غير قابل کشفي را ميابيد؟
،تمامي نيروهاي اتصال دهنده ذرات قابل ديدن
. به اندازه کافي انرژي دهنده اند
،با ابزار مناسب
مي توانيم اين ذرات نيرو را توليد کنيم
البته بماند که
نزديک به 50 سال زمان برد تا ابزاري ساخته شود
. که شايد بتواند "هيگز" را توليد کند
. اين "هادرن کُلايدر" بزرگ "سرن" است
،که در بالاترين حد نيرو مي تواند 7 تريليون الکترون ولت ايجاد کند
که در نهايت
بالاترين انرژي ذره ايست . که تا کنون توليد شده است
LHC سطح بالاتر انرژي تصادمهاي بزرگتري را ايجاد کرد
. که قادر به پشتيباني ذرات بزرگتري بود
اين موضوع نشان مي دهد
که از بيليونها برخورد توليد شده در هر ثانيه
چيزهايي را ميابد که LHC . بشر تا کنون هرگز نديده
!"چيزهايي مثل "هيگز
کاري بسيار بيش از LHC اما . پيدا کردن ذرات ريز انجام مي ده
،چون چيزي که واقعاً در "سرن" ساخته شده
. ماشين "بيگ بنگ" هست
،در تلاش حل معماي ماده
فيزيکدانها متوجه شدند که در مسير
معماي بسيار بزرگتري قرار گرفته اند ... شايد در واقع معماي نهايي
و آن اينکه چه اتفاقي در اولين لحظه خلقت رخ داده؟
،در حال حاضر
هزاران دانشمند محقق . در حال شکار "هيگز بوزان" هستند
. ذره ناديدني که به همه چيز جرم مي دهد
. چيزي که باعث مي شود همه چيز به هم بچسبد
معمايي که همه تلاش در حل آن دارند
بسيار بسيار بزرگتر از . آن چيزيست که به تصور بيايد
،براي حل آن
بايد به آغاز بازگردند
. و اولين لحظه جهان را باز آفريني کنند
اولين لحظات، درست بعد از اينکه بيگ بنگ" اتفاق افتاد"
به شکل خارق العاده اي داغ بوده
. در حد بيليونها بيليون درجه
. گرما هم انرژيست
،و اين انرژي بوده که به فرم ماده ، سرد شده
بسياري از آن را ما . از قبل کشف کرده ايم
بسياري از آن هم هم هست که ما معتقديم وجود داره
. به خاطر معادلاتمون
اما بيشتر اينها فقط
. براي يک تريليون ثانيه وجود داشته اند
،يعني به وجود آمده اند و بعد هم از بين رفته اند
و بچه ها و نوه ها و نسلشان را هم . به جا گذاشته اند
اين آبشار
،از ذرات يکروزه
،به اجرامي ثابت . بسيار سريع اتفاق افتاده
اين اجرام ثابت، بعداً سرد شده اند
و چيزهايي را به وجود آورده اند که . من و شما امروز از همانها به وجود آمده ايم
پس کاري که ما مي کنيم
باز سازي اولين لحظات جهان در آزمايشگاه هست
و بعد هم با محاصره کردن محيط برخوردها
با اين دوربينهاي مخصوص يا رديابها
. مي تونيم آنچه را که اتفاق مي افته ثبت کنيم
. پس ما درست پس از بيگ بنگ را شبيه سازي مي کنيم
،يا به عبارتي ديگر . يک "ميني بنگ" در آزمايشگاه به وجود مي آوريم
،و از ماحصل کار
،مي تونيم به اين نتيجه برسيم که چطور ماده
يعني چيزهايي که در نهايت 15 بيليون سال بعد
،از ماده اوليه به وجود آمدن ما شد . اصلاً ايجاد شده
جان باتر وورت" فيزيکداني"
. در دانشکده کالج لندن است
. ادم ديويسن" دانشجوي فوق دکتراست"
آنها دو تن از 6000 دانشمندي هستند که
،در حال انجام آزمايشات "سرن" مي باشند
. ارگان اروپايي تحقيقات هسته اي
سرن" به خودي خود... خيلي جالب توجه نيست"
. انگار که کسي يک بار آجر روي زمين خالي کرده
من احساس مي کنم که اصلاً
. هيچ نقشه معماري در "سرن" به کار نرفته
،مگر اينکه شما به طبقه زير زمين وارد بشيد
. که با ابزار شرورانه جيمز باندي آن مواجه مي شويد
. اين به عنوان بخشي از مهندسي، يک معجزه است
. واقعاً اهرام زمان ماست
،قلب "سرن" همان "هادرن کُلايدر" بزرگ آن است
شتاب دهنده ذره اي 10 بيليون دلاري ،با 17 مايل طول
واقعاً شگفت انگيزترين
. ابزار علميست که تا کنون ساخته شده است
انفجارات نخستين را توليد مي کند LHC
سپس چهار ردياب عظيم در حلقه شتاب دهنده
. از اين برخوردها تصوير برداري مي کنند
. نام دارند "CMS" دو ردياب بزرگتر "اطلس" و
استيو نان" مسئول تيميست"
که در طراحي آن دست داشته اند . هستند CMS و حال مسئول ردياب
ما رديابهاي خودمون رو ساختيم تا از هر برخوردي
که در هر 25 بيليونيم ثانيه اتفاق مي افته . تصوير برداري کنه
اين يعني 40 ميليون بار در ثانيه
ما يک فعل و انفعالي داريم که . مي خواهيم عکس اون رو بگيريم
پس با اين هزاران هزار داده هاي اين ديسکها
ما بايد الگوريتمها را
که از قربال رد مي شه بنويسيم و اون برخوردي رو پيدا کنيم
که يک در ميليون و يک در صد ميليون
. و يک در بيليون ميشه پيدا کرد
LHC در نقطه ديگري از
باتر وورت" و "ديويسن" راهي يافته اند"
تا داده هاي بي حساب را جارو کنند
داده هايي که به وسيله . رد ياب "اطلس" جمع آوري شده است
اين دو مرد تلاش مي کنند نقشه اي از
آنچه که فکر مي کنند . تصوير جهان ذره اي باشد ، تهيه کنند
،تصويري درست چند ثانيه پس از خلقت
و سپس نقشه هاي تصويري خود را . با حقيقت مقايسه کنند
جايي در اين ميان اميدوارند که . هيگز" را بيابند"
. مثل يک مرز پيرامون کشوري ناشناخته هست
. ما ميدونيم که هست
ما تجربه اين رو داشته ايم که به اندازه کافي از انرژي برسيم
که بشه گفت مرزي هست و سرزميني در وراي اون قرار داره
اما هنوز حتي يک نگاه اجمالي هم . به اون سرزمين نداشتيم
واقعاً به ما اين اجازه رو مي ده LHC تا از اين مرز بگذريم
به اين سرزمين نگاهي بندازيم و يک برداشتي از اون داشته باشيم
،اين همون چيزي هست که مردم مي پرسند
،اينکه ما دنبال چي ميگرديم
يا کي مي خواهيد جايزه نوبل رو ببريد؟
. ما واقعاً نمي دونيم
،ما ميدونيم که اگر "هيگز" وجود داشته باشه
،جايي در اين سرزمين خواهد بود
و ردياب ما هم به اندازه کافي خوب خواهد بود تا پيداش کنه
شايد يه چند سالي طول بکشه . ولي ما پيداش مي کنيم
،در همين حال در امريکا . آزمايشگاه "فرمي" نيز عقب نشيني نکرده است
"اين رقابتيست براي يافتن "هيگز
. در "سرن" به کار بيفتد LHC پيش از اينکه
،البته ما اينجا در شيکاگو نشسته ايم
. و دوست داشتيم اون دستگاه اينجا در شيکاگو بود
بنابراين ما به موفقيت همکاران اروپاييمون
. با احساسات پيچيده اي نگاه مي کنيم
يک کمي مثل اين هست که به مادر زنتون نگاه کنيد که
مي خواد با بي-ام-دبيليوي شما . از يه تپه پايين بياد
. سپتامبر 2008
جهان فيزيک نفس را در سينه حبس کرده است
. براي اولين بار به کار مي افتد "LHC" در حاليکه
اولين اشعه هاي کم قدرت
،در طول حلقه 17 مايلي شليک مي شوند . و همه چيز روبراه است
آماده اند تا پرده از راز جهان بردارند
. و روي "هيگز" را ببينند
... و اکنون دستگاه به کار افتاده است
. يک دور ديگر به 70 تريليون ولت باقيست
... و سپس
... منفجر مي شود LHC...
انفجاري عظيم
صدها سوپر ردياب مغناطيسي را
که پروتونها را . به شتاب دهنده پرتاب مي کنند نابود کرد
. خيلي متاثر کننده بود . آره واقعاً اينطور بود
. يک سال طول کشيد تا تعمير بشه
بايد قوس الکتريکي بوده باشه
... که باعث آب شدنش شده
فقط چهره کسي که
. درِ تونل رو باز کرده تصور کنيد
مي تونم تصورش رو بکنم که . در انتظار رسيدن به تونل باشم
بايد حتماً خيلي خيلي نگران بوده باشه
. تا ببينه چه اتفاقي افتاده
در حد بيچاره کننده اي ناراحت کننده بود
. براي هر کسي که در اون کار شريک بود
"در حاليکه "سرن ،آهن رباهاي متلاشي شده را بازسازي مي کرد
. آزمايشگاه فرمي تِه واتران" وارد گود شد"
. اما نتوانستند "هيگز" را ببينند
"اين يعني که ذرات "هيگز
يعني همان حامل نيرويي که ،موجب چسبيدن مواد به هم مي شود
،جرم سنگينيست
،و هر چه جرم سنگين تر باشد
. انرژي خارجي بيشتري نياز است تا آن را باز کند
"در حال حاضر، آزمايشگاه "فرمي . نمي تواند انرژي لازم را توليد کند
سرن" دوباره به کار افتاد" LHC در دسامبر 2009
ظرف چند هفته به راه افتادن . ظرفيت آزمايشگاه "فرمي" را پشت سر نهاد
. دقيقاً 7 برابر قدرتمندتر از آن است
،با کار کردن هر دو دستگاه
ذرات "هيگز" را مي توان . در چند سال آينده به دست آورد
مگر اينکه ترس پنهان همگاني ... به واقعيت بپيوندد
اگر اصلاً وجود نداشته باشد چطور؟
اگر "مدل استاندارد" غلط باشد
و "هيگز" وجود نداشته باشد چطور؟
اگر معلوم بشه و شواهد تجربي قوياً ثابت کنند
،که چنين چيزي وجود نداره
،من واقعاً گيج مي شم
چون اين يعني اينکه حجم بزرگي از فيزيک
،که من فکر مي کنم در حال حاضر اون رو مي فهمم . ديگر برام قابل درک نباشه
،اگر تئوري "هيگز" غلط باشه
البته بسياري از فيزيکدانهاي تئوريک
از طبقه دوم خودشون رو به بيرون پرت مي کنند
خيالتون راحت باشه ... بالاتر از اين طبقه نمي رن
. طبيعت خودش مي دونه که چطور عمل مي کنه
. اما به زودي ما هم مي فهميم چطور عمل مي کنه
ما نظريات خودمون رو درباره چگونگي عملکردش داريم
. که ممکن هست درستي اونها ثابت بشه
. و ممکن هم هست که نادرستي اونها ثابت بشه
،هر کدام که باشه . ما بيشتر ياد مي گيريم
اگر بخواهيد نظر من رو بدونيد
"فکر مي کنم چيزي باشه مثل "هيگز بوزان
. که در انتظار کشف شدن هست
قسمت هيجان انگيزتر ماجرا در حقيقت اين هست که
چيزهايي پيدا مي کنيم که . اصلاً از اونها سر در نمياريم
بنابراين ما مي فهميم که "هيگز" وجود داره
... پس مي ريم که پيداش کنيم ... عجله کنيد عجله کنيد
خوب بعدش چه کنيم؟
،اگر چيزي پيدا کنيد که ندونيد چيه
. اينجاست که همه مي رن سر کار
شغل من اين ميشه که هر روز برم سر کار
. تا چيزهايي رو بفهمم که نمي فهمم
،حالا اگر چيزهاي بيشتري باشه که نفهمم
. اونوقت اين ميشه تضمين شغلم
پس ما واقعاً از چي ساخته شديم؟
،به عمق اتم رفتيم
و ذرات ريزي رو پيدا کرديم
که با يک نيروي نامرئي . در درياي فضايي از نيستي به هم چسبيده اند
،اگر بيشتر فرو بريد
مي فهميد که همه چيز از قوطيهاي کوچولوي انرژي درست شده
. که در تنور کيهاني متولد شده اند
اين انرژي که سرد شده
توسط يک نيروي اسرار آميز به نام "هيگز" گير افتاده
،و به هم چسبيده
. و همه چيزهايي رو که ماده ميدونيم، فرم داده
،يک دوقلوي شيطان هم وجود داره به نام ضد ماده
. که بيشترش از همان دوران ناپديد شده
همينطور که ما به بازسازي حرارت بيگ بنگ
،در شتاب دهنده هامون نزديک ميشيم
به درک اينکه
چرا و چگونه اينها به وجود آمده اند هم . نزديکتر مي شيم
شايد روزي که خيلي دور نيست
بالاخره آخرين بقاياي معماي ماده رو حل کنيم
.:: @bollbolljan_com ::.