آیا علم فیزیک به پایان راه رسیده یا تازه افق‌های جدیدی برای ماجراجویی‌های هیجان‌انگیزتر نمایان شده‌اند؟ قلمرو فیزیک تا کجا ادامه دارد و ما در کدام نقطه هستیم؟ ضمن تبریک سال و قرن نو و آرزوی بهترین‌ها برای دیپ لوکی‌های عزیز، از شما دعوت می‌کنیم تا برای پاسخ به سوال بالا، مقاله‌ی زیر را به قلم رابرت دیکگراف (Robbert Dijkgraaf) برنده جایزه اسپینوزا و رئیس موسسه مطالعات پیشرفته پرینستون که در وب‌سایت کوانتامگزین منتشر شده، مطالعه فرمایید. با دیپ لوک همراه باشید…
قرن ۲۱ اغلب عصر زیست‌شناسی، هوش مصنوعی یا هر زمینه نوظهور دیگر نامیده می‌شود. دیدگاه‌های عصر طلایی فیزیک را مربوط به قرن پیشین می‌دانند. روزهای طلایی که نظریه انقلابی نسبیت و مکانیک کوانتومی جهان را لرزاند و اکتشافات ذرات بنیادی منجر به زنجیره‌ای از جوایز نوبل شد. امروزه مردم نگران سناریوی برهوت هستند، که هیچ ذره‌ی جدیدی طی چندین دهه یا هرگز کشف نشود.
من معتقدم این دیدگاه حداقل از سه جنبه، اشتباه است: اول از همه اینکه به ظاهر، با اینکه فیزیک از اوج خود فاصله گرفته، اما در دو دهه‌ی ابتدایی قرن حاضر موفقیت‌های بزرگی برای فیزیک حاصل شد. در سال ۲۰۱۲ کشف ذره هیگز را شاهد بودیم، در ۲۰۱۵ آشکارسازی امواج گرانشی رخ داد ( که در سال ۲۰۱۶ اعلام شد) و در ۲۰۱۹ اولین تصویر از افق رویداد سیاه چاله بدست آمد. هر سه رویداد مثالی از رویدادهای بسیار نادرعلمی بودند که در صفحه اول روزنامه‌های دنیا قرار گرفتند و فکر جهانیان را تسخیر کردند.
اما می‌توان استدلال کرد، بذر اولیه‌ای که منجر به این اکتشافات شد، همگی در روزهای طلایی قدیم فیزیک پاشیده شده‌اند. سیاه‌چاله‌ها و امواج گرانشی، پیامدهای مستقیم معادلاتی است که آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۵ کشف کرد. آیا ممکن است ایده‌های اصلی فیزیک تمام شده باشد؟ این پرسش ما را به استدلال دوم می‌رساند: پیشرفت‌های اخیر در کیهان‌شناسی به ما این امکان را می‌دهد که با دقت قابل قبولی بگوییم ۹۵ درصد از کیهان گم شده است. این اجزای مفقودشده که شامل ماده تاریک و انرژی تاریک هستند، هر دو، شکل اسرارآمیزی از فیزیک جدید را در خود دارند. تا زمانی که چنین رمز و رازهایی باقی مانده باشد، کار فیزیک به پایان نرسیده است. اگرچه باید اضافه کنم که فهم همان ۵ درصد پیدا از عالم نیز، به خودی‌خود دستاورد شگفت‌انگیزی است!
دلیل سومی که برای مرگ اغراق‌آمیز فیزیک گزارش می‌شود، از اشتباه بنیادی‌تری می‌آید: تعریف پیشرفت فیزیک برحسب کشف یک ذره یا نیروی جدید، دیدگاهی کوته‌بینانه است. این دیدگاه، بخش عظیمی از نظام فیزیک را نادیده گرفته و آنچه که همچنان قابل دستیابی است را دست کم می‌گیرد. در واقع، من معتقدم آنچه که در حال حاضر می‌دانیم، بخش بسیار ناچیزی از فیزیک است و مابقی آن در انتظار کشف شدن است. هدف فیزیک، فهم دقیق و ریاضیاتی تمام نمودهای ماده و انرژی در عالم است و ما به تازگی شروع به کشف بی‌نهایت حالت ممکن کرده‌ایم. ادعای پایان یافتن فیزیک مثل آن است که بگوییم ریاضیات پس از معرفی اعداد طبیعی و اعمال جبری مقدماتی، یا شیمی با کشف جدول تناوبی به پایان رسیده است. یادگیری قواعد شطرنج شما را استاد بزرگ نمی‌کند.
حقیقت این است که قلمرو کوچکترین ذرات، تنها جایی نیست که می‌توانید قوانین بنیادی فیزیک را بیابید. آن‌ها می‌توانند از رفتار جمعی اجزای سازنده متعدد نیز پدیدار شوند. یک مثال ساده، امواج صوتی یا همان نوسانات همزمان مولکول‌های ماده است. با استفاده از قواعد نظریه کوانتوم، این امواج را می‌توان بر حسب ذرات توصیف کرد. این ذرات که «فونون» نامیده می‌شوند، بسته‌های بنیادی یا کوانتاهای صوت هستند و رفتارشان شبیه به فوتون‌ها یا همان کوانتای نور است. پس شبیه به شخصیت تخیلی بارون مونکوزن (Baron Munchausen) که با کشیدن موی سرش، خود را روی مرداب معلق کرد، فیزیک نیز می‌تواند از خودش برای تولید دیدگاه‌های بنیادی جدید استفاده کند. این دیدگاه‌ها را سپس می‌توان با ریاضیات دقیق فرمول‌بندی کرد.
در مواجهه با تعداد بی‌شماری از سیستم‌های فیزیکی که می‌توانیم آن‌ها را از قطعات بنیادین شناخته شده‌ی عالم بسازیم، من شروع به تجسم یک دیدگاه وارونه (بالا به پایین) در فیزیک می‌کنم. به جای مطالعه یک پدیده‌ی طبیعی و کشف متعاقب یک قانون طبیعی، می‌توان در ابتدا قانون جدیدی را طراحی و سپس سیستم را مهندسی معکوس کرد که در واقع پدیده‌های توصیف شده توسط این قانون را نمایش می دهد. بعنوان مثال، فیزیک بسیار فراتر از فازهای ساده ماده که در دبیرستان معرفی می‌شوند (جامد، مایع و گاز) رفته است. فازهای عجیب و غریب بالقوه‌ای که به دلیل پیامدهای عجیب مکانیک کوانتومی ممکن شده‌اند، در دسته‌بندی اکتشافات نظری قرار دارند و اکنون می‌توانیم با مواد مخصوص طراحی شده، شروع به تحقق این امکان‌ها در آزمایشگاه کنیم.
تمام این‌ها بخشی از یک تغییر بسیار بزرگتر در بسیاری از حوزه‌های علمی است، از مطالعه آنچه که هست به سوی آنچه ممکن است باشد. در قرن بیستم، دانشمندان به دنبال عناصر سازنده‌ی واقعیت بودند. مولکول‌ها، اتم‌ها و ذرات بنیادی که همگی سازنده ماده هستند. سلول‌ها، پروتئین‌ها و ژن‌هایی که حیات را ممکن می‌سازند. بیت‌ها، الگوریتم‌ها و شبکه‌هایی که بنیان اطلاعات و هوش انسانی ومصنوعی را شکل می‌دهند. در عوض در این قرن، ما شروع به کاوش در تمام مواردی خواهیم کرد که باید با این عناصر سازنده، ساخته می‌شود.
طبیعت طی ۱۴ میلیارد سال انبساط کیهانی و ۴ میلیارد سال حیات روی زمین، کسر بسیار کوچکی از تمام طرح‌های ممکن را کاوش کرده است. همانطور که ریچارد داوکینز زیست‌شناس خاطرنشان می‌کند، ما انسان‌ها به همراه هر موجود دیگری که تاکنون زیسته است، برندگان خوش‌شانسی در لاتاری کیهانی هستیم. از میان بی‌شمار حالت ژنتیکی گیج‌کننده، کدهای ما به طور تصادفی انتخاب شده‌اند تا به عنوان نمونه زنده اولیه تحقق یابند. همین امر نیز، بطور مشابه، برای تمامی شکل‌های ماده اطراف ما صادق است. فرآیندهای طبیعی روی زمین و در جهان، تنها یک نمونه کوچک از فهرست کامل مولکول‌ها و شکل‌های ماده و همچنین نمونه‌ی کوچکی ازقوانین فیزیکی متناظری که این مواد باید از آن تبعیت کنند را تولید کرده است.
اما اکنون همه چیز در حال تغییر است. روند آهسته و آزاردهنده‌ی کشف در طبیعت، که توسط تکامل کیهان‌شناختی و زیستی در مقیاس میلیون‌ها و میلیاردها سال به پیش رفته است، حالا در آزمایشگاه با سرعت سرسام‌آوری شتاب می‌گیرد. چنین کاری ممکن است در ابتدا شبیه به علم مصنوعی به نظر بیاید، اما یک باکتری که به صورت ژنتیکی طراحی شده، به هیچ وجه کمتر از باکتری واقعی نیست؛ یا ارزش کمتری برای مطالعه نسبت به باکتری یافت‌شده در طبیعت ندارد. همچنین مواد دو بعدی که شگفتی‌های نظریه کوانتوم را نمایش می‌دهند نیز در طبیعت وجود ندارد.
چنین فناوری‌های جدیدی بطور موثر مکانیک کوانتوم را از حصار اتم‌ها و مولکول‌ها آزاد کرده و آن را در مقیاس ماکروسکوپی زندگی روزمره می‌آورند. در برهه‌ای از زمان، ما می‌توانیم همه موارد موجود در فهرست واقعیت را سفارش دهیم.
علم مربوط به همه پدیده‌هاست، از جمله پدیده‌هایی که در آزمایشگاه‌ها و در ذهن ما خلق می‌شوند. وقتی که ما به طور کامل از این دامنه بزرگتر دانش آگاهی پیدا کنیم، تصویر متفاوتی از فعالیت تحقیقاتی پدیدار می‌شود. در حال حاضر، کشتی علم، راه‌های زمینی ایمن را ترک کرده و در حال سفر به سمت اقیانوس آزاد است و دنیایی جدید از مواد مصنوعی، ارگانیسم‌ها، مغز و شاید حتی یک نسخه بهتر از خودمان را کاوش می‌کند. بنابراین دیدگاه خوش‌بینانه من برای فیزیک، به همان اندازه برای همه شاخه‌های علوم درست است: ماجراجویی تازه شروع شده است!
- منبع : quantamagazine.org
گفتگو۲ دیدگاه
با سپاس.
بسیار عالی بود .خیلی ممنون که برای گسترش علم تلاش میکنید.
همانطور که گفتید ما تازه اول راه هستیم. راهی برای کشف قوانین نهفته در کیهان و سیراب کردی میل کنجکاوی اهل علم.
قرار نسیت وقتی به دره ای عمیق برسیم راه رو ادامه ندیم.بلکه باید پلی به آنسوی دره بسازیم.
عالی