هل سنشهد قريبا ثورة في عالم الفيزياء؟

قد يحصل تغيير جذري في علم الفيزياء قريبا حسب ما يعتقد العديد من الفيزيائيين من ضمنهم الفيزيائي البارز في مركز الدراسات المتقدمة في برينستون نيما أركاني حامد، وذلك حسب محاضرة القاها مؤخرا في معهد Perimeter للفيزياء النظرية في واترلو-كندا. أحد الأسباب برأيه هو أن الفيزياء النسبية وميكانيك الكم لا ينسجمان معاً.

المشكلة ان المبادئ التي تقف وراء هاتين النظريتين تبدو مستحيلة اذا ما تعمقنا قليلاً فيها ، فالعلماء يقعون في العديد من المشاكل عندما يحاولون تطبيق هاتين النظريتين على مجمل الزمان والمكان، كما أن الفكرتين تفرضان قيوداً معينة على الفيزيائيين مما يجعل التفكير خارج إطار المألوف وتطوير أفكار ونظريات جديدة أمراً صعباً للغاية.

يقول أركاني : " من المستحيل تقريبا ان تلتف حول تلك القوانين دون أن تقع في الخطأ فوراً ". والعلماء يدركون هذا التفاوت ، لكن التقدم في مجال الأسئلة الأساسية في الفيزياء يستغرق وقتا طويلا ، على سبيل المثال فإن العلماء افترضوا وجود جسيم هيغز قبل أن يتم اكتشافه بعقود.

- كون ضخم لم يتم اكتشافه :

احدى المشاكل برأي أركاني أنّ الفيزياء حالياً لا تأخذ في الحسبان لمَ الكون متسع جدّاً. فنظرية اينشتاين النسبية ترى أن كميات ضخمة من الطاقة توجد في الفضاء الخاوي ، وأنّ هذه الطاقة تسبب انحناء الزمكان، و تبعاّ لذلك يجب ان يكون الانحناء شديد جدا لدرجة أن يصبح الكون كرة صغيرة مكوّمة .. يتابع أركاني : " وهذا سيجعل الكون مختلفاً عمّا هو عليه بشكل مرعب".

كما توجد مشكلة أيضا في ميكانيكا الكم ، فهي تعمل جيداً عند وصف الجسيمات الدقيقة لكنها تنهار عندما يريد العلماء تطبيقها على الكون بمجمله ، يقول أركاني : " لقد تم انتهاك كل ما يقدمه ميكانيك الكم من قبل كوننا لأننا نتسارع (يشير هنا الى أن توسع الكون في تسارع مستمر) – إننا لا نعلم ما هي قواعد اللعبة. وعندما نحاول تطبيق ميكانيكا الكم على الكون ككل ، تفشل المعادلات كلياً.

- حدود الفيزياء :

احدى طرق حل هذه المشكلة هو ايجاد نظرية جديدة كلّياً أوسع وأشمل من النموذج المعياري (النظرية السائدة حاليا لوصفة فيزياء الجسيمات). أحد الأفكار المقدمة هي نظرية الأوتار (توضيح: برغم أن التسمية الشائعة هنا هي نظرية الأوتار فهي ليست نظرية بالتعريف العلمي لأنه لا توجد براهين عليها فهي نموذج مقترح لحل العديد من الاسئلة المطروحة في الفيزياء يمكن الاطلاع على المزيد عن نظرية الأوتار هنا ). تفترض هذه النظرية أن الجسيمات ليست بالحقيقة جسيمات أساسية ، بل هي وكل المادة الموجودة في الكون تتألف من مكونات أصغر هي أوتار مهتزة صغيرة جدا . تبدو معادلات نظرية الاوتار أنها تصلح لاستخدماها في تفسير الكون ، ولكن هذا لا يعني انه لا يوجد تفسيرات اخرى.

فهناك أيضا فرضية التناظر الفائق التي تعطي احتمالاً لتفسيرات فيزيائية جديدة، و ترى هذه النظرية أن كل الجسيمات مادون الذرية لها نظير فائق لم يتم اكتشافه بعد . كما ستفتح هذه الفرضية المجال لاتجاهات جديدة تستطيع الجسيمات التحرك بها، واكتشاف صحة هذه الفرضية سوف يوسع من النموذج المعياري.

ويضيف أركاني : " آخر ما نتوقعه من الطبيعة أن تغير نفسها كي توافق مبادءنا الفيزيائية العامة ".

عندما يتم تشغيل مصادم الهادرونات الكبير (the Large Hadron Collider) في السنة القادمة ،سيبحث العلماء عن الجسيمات الاضافية التي يقترح التناظر الفائق وجودها، وسواءً وجدت أم لم توجد ، فسيتم الاجابة عن صحة نظرية التناظر الفائق خلال عام او عامين من تشغيل المصادم . وخلال السنوات القادمة ستحدد التجارب هل يجب تحسين النظريات الموجودة حالياً أم أن الفيزياء ستشهد تحولا مثيرا نحو نموذج أعمق.

يقول أركاني : الأسئلة المطروحة الآن على الطاولة تدور حول أسس الزمان والمكان ، ومنشأ الكون ومصيره ، ويضيف : " لدينا اليوم طار عمل نظري يتيح لنا طرح هذا النوع من الأسئلة الكبيرة جدا . والخطوة القادمة من المرجح أنها ستكون ثورة فعلا.

المصدر: هنا

حقوق الصورة: agsandrew | Shutterstock.com