ماده چیزی است که جهان را می سازد ، اما ماده چه کار می کند؟ این سوال مدتهاست برای کسانی که به آن فکر می کنند – به خصوص برای فیزیکدانان – دشوار است. من و همکارم جفری آیچن با انعکاس آخرین روندهای فیزیک ، یک روش به روز فکر کردن در مورد ماده را شرح داده ایم. ما تصور می کنیم که ماده از ذرات یا امواج ساخته نشده است ، همانطور که مدتهاست تصور می شود ، اما – اساساً بیشتر – این ماده از قطعات انرژی ساخته شده است.
از پنج به یک
یونانیان باستان پنج بلوک سازنده ماده – از پایین به بالا: زمین ، آب ، هوا ، آتش و اتر را طراحی کردند. اتر ماده ای بود که آسمان ها را پر کرده و چرخش ستارگان را از منظر زمین توضیح داده است. اینها اولین عناصر اساسی هستند که می توان از آنها جهانی ساخت. تصورات آنها از عناصر فیزیکی نزدیک به 2000 سال است که به شدت تغییر نکرده است.
سپس ، حدود 300 سال پیش ، سر آیزاک نیوتون این ایده را ارائه داد که همه مواد در نقاطی به نام ذرات وجود دارند. صد و پنجاه سال بعد ، جیمز کلرک مکسول ، موج الکترومغناطیسی ، شکل اصلی و غالباً نامرئی مغناطیس ، برق و نور را معرفی کرد. این ذره بعنوان یک بلوک ساختمان برای مکانیک و موج برای الکترومغناطیس عمل می کند – و عموم مردم به عنوان دو بلوک سازنده ماده بر روی ذره و موج مستقر می شوند. با هم ، ذرات و امواج به عناصر سازنده هر نوع ماده تبدیل می شوند.
این یک پیشرفت قابل توجه نسبت به پنج عنصر یونان باستان بود ، اما هنوز ناکافی بود. در یک سری آزمایشات که به آزمایش های دو شکاف معروف است ، نور گاهی به عنوان ذره عمل می کند و بار دیگر به عنوان موج عمل می کند. و در حالی که نظریه ها و ریاضیات امواج و ذرات به دانشمندان امکان می دهد پیش بینی های فوق العاده دقیقی از جهان داشته باشند ، قوانین در بزرگترین و کوچکترین مقیاس در حال خراب شدن است.
انیشتین در تئوری نظریه عمومی نسبیت خود دفاعی ارائه داد. انیشتین با استفاده از ابزارهای ریاضیاتی که در آن زمان در دسترس او بود ، توانست برخی پدیده های فیزیکی را بهتر توضیح دهد و همچنین یک پارادوکس دیرینه مربوط به اینرسی و گرانش را حل کند. اما به جای بهبود ذرات یا امواج ، آنها را از بین می برد زیرا تغییر شکل فضا و زمان را ارائه می دهد.
من و همکارم با استفاده از ابزارهای جدید ریاضی ، نظریه جدیدی را ارائه دادیم که می تواند جهان را با دقت توصیف کند. به جای مبنا قرار دادن نظریه اعوجاج فضا و زمان ، ما فکر کردیم که ممکن است یک سازه وجود داشته باشد که اساسی تر از ذره و موج باشد. دانشمندان درک می کنند که ذرات و امواج مخالف وجودی هستند: یک ذره منبعی از ماده است که در یک نقطه وجود دارد و امواج در همه جا وجود دارند به جز نقاطی که آنها را ایجاد می کنند. من و همکارم فکر می کردیم داشتن ارتباط اساسی بین آنها منطقی است.
جریان و قطعات انرژی
نظریه ما با یک ایده اساسی جدید آغاز می شود – که انرژی همیشه از طریق مناطق فضا و زمان “جریان دارد”.
به انرژی تشکیل شده از خطوطی فکر کنید که منطقه ای از مکان و زمان را پر می کنند ، در آن منطقه جریان می یابند و خارج می شوند ، هرگز شروع نمی شوند ، پایان نمی یابند و هرگز تلاقی نمی کنند.
با استفاده از ایده جهان خطوط انرژی در حال جریان ، بدنبال یک واحد ساختاری واحد برای جریان انرژی بودیم. اگر می توانستیم چیزی شبیه به این پیدا و تعریف کنیم ، امیدوار بودیم که بتوانیم از آن برای پیش بینی دقیق جهان در بزرگترین و کوچکترین مقیاس استفاده کنیم.
بلوک های سازنده زیادی برای انتخاب از نظر ریاضی وجود داشت ، اما ما بدنبال یکی از ویژگی های ذره و موج بودیم – به عنوان یک ذره متمرکز شده ، اما در فضا و زمان به صورت موج توزیع می شود. پاسخ یک بلوک ساختمانی بود که به نظر می رسد مانند یک غلظت انرژی – چیزی شبیه به یک ستاره – با انرژی بالاترین در مرکز و دورتر از مرکز کاهش می یابد.
با کمال تعجب ، متوجه شدیم که روشهای محدودی برای توصیف غلظت انرژی جاری وجود دارد. از این میان ، فقط یکی پیدا کردیم که مطابق تعریف ریاضی ما از جریان کار می کند. ما آن را قطعه ای از انرژی نامیدیم. برای دوستداران ریاضیات و فیزیک ، به صورت A = -⍺ / تعریف می شودر جایی که ⍺ شدت است و ر تابع فاصله است.
با استفاده از قطعه انرژی به عنوان عنصر سازنده ماده ، سپس ریاضیات مورد نیاز برای حل مسائل فیزیکی را ساختیم. آخرین مرحله آزمایش آن بود.
بازگشت به انیشتین ، افزودن جهانی بودن
بیش از 100 سال پیش ، انیشتین برای تأیید نظریه عمومی نسبیت به دو مسئله افسانه ای در فیزیك روی آورد: تغییر سالانه تغییر ناپذیر – یا ترجیح – در مدار عطارد و خم شدن كوچك نور هنگام عبور از خورشید.
این مشکلات در هر دو حد طیف اندازه بود. نه امواج و نه نظریه های ذرات ماده نمی توانند آنها را حل کنند ، اما نظریه عمومی نسبیت این کار را انجام داده است. نظریه نسبیت عام فضا و زمان را به گونه ای تحریف می کند که باعث می شود مسیر عطارد جابجا شود و نور دقیقاً در مقادیر مشاهده شده در مشاهدات نجومی خم شود.
اگر نظریه جدید ما فرصتی برای جایگزینی ذره و موج با قطعه مفروض تر بنیادی داشت ، ما همچنین باید بتوانیم با تئوری خود این مشکلات را حل کنیم.
[Deep knowledge, daily. Sign up for The Conversation’s newsletter.]
برای مشکل ترجیح عطارد ، ما خورشید را به عنوان یک قطعه ثابت بزرگ انرژی و عطارد را به عنوان قطعه کوچکتر اما هنوز هم بزرگ حرکت می کنیم. برای مسئله خم شدن نور ، خورشید به همین ترتیب مدل سازی می شود ، اما فوتون به عنوان قطعه کوچکی از انرژی که با سرعت نور حرکت می کند ، مدل سازی می شود. در هر دو مسئله مسیرهای قطعات در حال حرکت را محاسبه کردیم و همان جوابهایی را که تئوری نسبیت عام پیش بینی کرده بود بدست آوردیم. ما متحیر شدیم.
کارهای اولیه ما نشان می دهد که چگونه یک بلوک جدید قادر به ساخت دقیق مدل از اجسام به حداقل است. در جایی که ذرات و امواج تحلیل می روند ، قطعه بلوک سازنده انرژی به شدت حفظ می شود. این قطعه می تواند یک واحد سازنده بالقوه جهانی باشد که از طریق آن می توان واقعیت را به صورت ریاضی الگوسازی کرد – و طرز تفکر مردم درباره عناصر سازنده جهان را به روز کرد.
این مقاله توسط مجوز مکالمه تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.
تمام س questionsالات و بحثهای Expert Voices را دنبال کنید – و بخشی از بحث شوید – در فیس بوک و توییتر. نظرات ابراز شده از نظر نویسنده است و لزوماً منعکس کننده نظرات ناشر نیست.
منبع: khabar-mojo.ir