نظرية الأكوان المتوازية !!!
دعوة للمعرفة وتحدى للخيال
مقدمة بصوت مصطفى محمود:
http://www.youtube.com/watch?v=M8UVvhhu3NAكيف بدأت النظرية؟
فى عام 1954, مرشح للدكتوراة من جامعة برنسيتون اسمه هيو إيفيرت جاء بفكرة جذرية: أنه يوجد أكوان متوازية, بالضبط شبه كوننا. كل هذه الأكوان على علاقة بنا, فى الواقع هم متفرعين منا وكوننا متفرع أيضاً من آخرين.
خلال هذه الأكوان المتوازية, حروبنا لها نهايات مختلفة عن ما نعرف. الأنواع المنقرضة فى كوننا تطورت وتكيفت فى الآخرين. فى أكوان أخرى ربما نحن البشر أصبحنا فى عداد المنقرضين.
هل الأكوان المتوازية فعلا ً موجودة؟ بعض النظريات فى الرياضيات والفيزياء أعطت دليلا ً يدعم مثل هذه الإحتمالات.
هذا التفكير يذهل العقل ولحد الآن ما يزال يمكن فهمه. الأفكار العامة عن الأكوان أو الأبعاد المتوازية التى تشبهنا ظهرت فى أعمال الخيال العلمى. لكن لماذا يقوم فيزيائى شاب ذو مستقبل بالمخاطرة بمستقبله المهنى عن طريق تقديم نظرية عن الأكوان المتوازية؟
بنظريته عن الأكوان المتوازية, إيفريت كان يحاول الإجابة عن سؤال صعب متعلق بفيزياء الكم: لماذا الأجسام الكمية تتصرف بشكل غير منضبط؟ إن المستوى الكمى هو أصغر ما اكتشف العلم حتى الآن. دراسة فيزياء الكم بدأت فى عام 1900, حينما قدم العالم ماكس بلانك هذا المفهوم لأول مرة على المجتمع العلمى.
دراسات بلانك للإشعاع دفعت نحو بعض الإكتشافات التى تتعارض مع قوانين الفيزياء التقليدية. هذه الإكتشافات اقترحت وجود قوانين مختلفة فى هذا الكون, تعمل على المستويات العميقة غير تلك القوانين التى نعرفها.
فى المدى القصير, الفيزيائيين الذين قاموا بدراسة مستوى الكم لاحظوا أشياء غريبة عن هذا العالم. أولا ً, الجزيئات الموجودة فى هذا المستوى تأخذ أشكالاً مختلفة بشكل اعتباطى. على سبيل المثال, العلماء لاحظوا أن الفوتونات (رزم صغيرة من الضوء) تتصرف كجسيمات وكأمواج! حتى الفوتون المفرد يقوم بهذا التناوب فى الحالة. تخيل أنك ظاهر وتتصرف كإنسان صلب حينما ينظر إليك صديق, لكن حينما يلتفت إليك ثانية ً تكون تحولت إلى غاز!
عُرف بمبدأ عدم التحديد لهايزنبرج Heisenberg Uncertainty Principle. الفيزيائى ورنر هايزنبرج اقترح أنه بمجرد ملاحظة المادة الكمية, فنحن نؤثر فى سلوكها. وبالتالى, فنحن لا يمكن أن نتأكد تماماً من طبيعة الشئ الكمى ولا صفاته المميزة, مثل السرعة والموقع.
هذه الفكرة تم دعمها بتفسير كوبنهاجن لميكانيكا الكم. هذا التفسير طرحه الفيزيائى الدنماركى نيلز بور, أن الجسيمات الكمية لا تتواجد على حالة واحدة معينة أو على حالة أخرى, لكن فى كل هذه الحالات المحتملة فى نفس الوقت. إجمالى مجموع الحالات للشئ الكمى يسمى بدالة الموجة wave function. وحالة الشئ الموجود فى كل حالاته الممكنة فى نفس الوقت, تسمى بالوضع الفائق superposition.
طبقا لبور, حينما نقوم بملاحظة شئ كمى, فنحن نؤثر فى سلوكه. الملاحظة تقوم بكسر حالة الوضع الفائق للشئ وتجبره على اختيار حالة واحدة من دالة الموجه الخاصة به. تفسر هذه النظرية لماذا يحصل الفيزيائيين على قياسات متضاربة من نفس الشئ الكمى: فالشئ الكمى يختار حالات مختلفة أثناء عمليات القياس المتتالية.
صورة تجربة قطة شرودنجر فى الوضع الفائق طبقاً لتفسير كوبنهاجن.
تم قبول تفسير بور على نطاق واسع, واحتفظ بقبول غالبية مجتمع علماء الكم. ولكن بعد حين, أخذت نظرية العوالم المتعددة لإيفريت بعض الإهتمام الجدى. وفى الجزء التالى سنقرأ معاً كيف تعمل نظرية العوالم المتعددة.
Many Worlds Theory
نظرية العوالم المتعددة
هيو إيفيرت الشاب اتفق مع ما اقترحه الفيزيائى القدير نيلز بور عن عالم الكم. هو وافق على فكرة الوضع الفائق وأيضاً فكرة دالة الموجة. لكن إيفيرت اختلف مع بور فى نقطة حيوية أخرى.
بالنسبة لإيفريت, فقياس الشئ الكمى لا يجبره على اتخاذ حالة معينة أو أخرى. وبدلا ً من ذلك, فقياس الشئ الكمى يسبب تفرع حقيقى فى الكون. فالكون تم نسخه تماماً إلى كونين, وكل واحد من الكونين يمثل نتيجة محتملة للقياس. على سبيل المثال, لنفترض أن دالة الموجة لشئ ما هى كلا ً من جسيم وموجة. حينما يقوم الفيزيائى بقياس هذا الشئ, فهناك نتيجتين محتملتين: إما أن يلاحظ هذا الشئ كجسيم أو كموجة.
حينما يقوم الفيزيائى بملاحظة الشئ, ينقسم الكون إلى كونين اثنين لتلبية كلا ً من الإحتمالين. وعلى ذلك, فالعالم الفيزيائى فى أحد الكونين وجد أن الشئ تم قياسه على أنه موجة. أما العالم الفيزيائى المشابه فى الكون الآخر فقد قاس الشئ على أنه جسيم. وهذا أيضاً يفسر لماذا يتم قياس الشئ الواحد على أكثر من حالة.
هذا الفارق, هو ما يجعل نظرية العوالم المتعددة لإيفريت منافسة لتفسير كوبنهاجن, كتفسيرين لميكانيكا الكم.
على قدر الإثارة التى قد تبدو عليها, فنظرية العوالم المتعددة لإيفريت لها معانى ضمنية بعد المستوى الكمى. فلو هناك حدث له أكثر من نتيجة محتملة, إذن - لو نظرية إيفيرت صحيحة- الكون سيتفرع حينما يتم هذا الحدث. وهذا يحدث حقيقة ً حتى لو اختار الفرد أن لا يقوم بأى فعل.
وهذا يعنى أنك لو تعرضت لموقف يكون فيه الموت نتيجة محتملة, إذن ففى كون موازى لنا, انت ميت. هذا مجرد سبب واحد يجعل البعض يشعر بالإنزعاج تجاه نظرية العوالم المتعددة.
الوجه الآخر المزعج أيضاً فى تفسير العوالم المتوازية أنه يهدم مفهومنا الخطى عن الزمن. تخيل أن خط الزمن يعرض تاريخ حرب فيتنام. فبدلا ً من خط زمنى مستقيم يعرض أحداث جديرة بالملاحظة تتقدم للأمام, فخط الزمن حسب نظرية العوالم المتعددة يتفرع ليعرض كل نتيجة محتملة لكل حدث تم. ومن هنا, كل نتيجة محتملة لحدث تم, ستؤرخ.
لكن الشخص لا يستطيع أن يكون مدرك لتوائمه الآخرين - أو حتى موته شخصياً- الموجودة فى أكوان موازية. إذن كيف نستطيع أن نعرف أن نظرية العوالم المتعددة صحيحة؟ التأكيد على أن هذه النظرية ممكنة نظرياً, حدث فى التسعينيات عن طريق تجربة فكرية thought experiment (تجربة متخيلة تستخدم لإثبات أو تفنيد فكرة ما نظرياً) اسمها الإنتحار الكمى quantum-suicide.
فى نظرية العوالم المتعددة لإيفيرت, الأكوان المتوازية لا تؤثر على بعضها.
صورة للخلود الكمى أثناء الإنتحار الكمى
هذه التجربة الفكرية جددت الإهتمام بنظرية إيفيرت. التى اعتبرت هراء ً لسنوات عديدة. ومنذ أن تم إثبات إمكانية العوالم المتعددة, توجه الفيزيائيين والرياضيين إلى البحث فى المعانى الضمنية للنظرية فى العمق. لكن نظرية العوالم المتعددة ليس النظرية الوحيدة التى تريد أن تشرح الكون. وأيضاً ليست الوحيدة التى تقترح وجود أكوان موازية لنا. وفى الجزء التالى سنقرأ معاً عن نظرية الأوتار string theory.
?Parallel Universes: Split or String
الأكوان المتوازية: تفرع أم أوتار؟
نظرية العوالم المتعددة وتفسير كوبنهاجن ليسوا المتنافسين الوحيدين فى محاولة شرح المستوى الأولى من الكون. فى الحقيقة, حتى ميكانيكا الكم ليست المجال الوحيد فى الفيزياء الذى يبحث عن مثل هذه الشرح. النظريات التى ظهرت من دراسة الفيزياء تحت الذرية مازالت نظريات. وتسبب هذا فى أن مجال الدراسة انقسم بكثرة بنفس طريقة عالم علم النفس. النظريات لها مؤيدين ونقاد, مثل ما يحدث فى أطر علم النفس المقدمة من كارل يونج وألبرت إليس وسيجموند فرويد.
منذ أن تطور علمهم, انشغل الفيزيائيين بعكس هندسة الكون reverse engineering, درسوا ماذا يمكن أن يلاحظوا وعملوا من الخلف تجاه مستويات أصغر وأصغر فى العالم الفيزيائى. بهذا العمل, يحاول الفيزيائيون أن يصلوا للمستوى النهائى والأكثر أولية. هذا هو المستوى, الذى يأملون, أن يساعد على تأسيس فهم كل شئ آخر.
بعد نظريته الشهيرة عن النسبية, قضى ألبرت أينشتين بقية حياته باحثاً عن المستوى النهائى الذى سيجيب على كل الأسئلة الفيزيائية. أشار الفيزيائيون إلى هذه النظرية الشبحية بإسم نظرية كل شئ Theory of Everything .
فيزيائيو الكم يعتقدون أنهم على طريق اكتشاف هذه النظرية النهائية. لكن مجال آخر من الفيزياء يعتقد أن المستوى الكمى ليس هو المستوى الأصغر, ولذلك هو لا يمكن أن يمدنا بنظرية كل شئ.
بدلا ً من ذلك, تحول هؤلاء الفيزيائيون إلى مستوى نظرى تحت الكم, يسمى نظرية الأوتار, من أجل الإجابة على كل ما فى الحياة. الشئ المدهش أن هؤلاء الفيزيائيون خلال أبحاثهم النظرية أيضاً استنتجوا - مثل إيفيرت- وجود الأكوان المتوازية!
نظرية الأوتار أنشئت بواسطة الفيزيائى اليابانى-الأمريكى ميشيو كاكو. نظريته تقول أن كتل البناء الأساسية لكل المواد وأيضاً لكل القوى الفيزيائية فى الكون - مثل الجاذبية- موجودة فى مستوى تحت الكم. هذه الكتل البنائية تشبه أربطة مطاطية صغيرة جداً - أو أوتار- وهى التى تصنع الكواركات (جسيمات كمية), وتباعاً الإلكترونات, والذرات, والخلايا وهكذا. ويتحدد بالضبط أى نوع من المادة ينتج بواسطة الأوتار وكذلك سلوك هذه المادة, حسب تذبذب هذه الأوتار. وتتذبذب الأوتار فتؤدي إلى نشوء القوى المختلفة الحاكمة للكون. بهذه الطريقة فإن كوننا بأكلمه عبارة عن عزف موسيقى. ووفقاً لنظرية الأوتار فهذا العزف يحدث عبر 11 بُعد منفصل.
الدكتور ميشيو كاكو منشئ نظرية الأوتار.
مثل نظرية العوالم المتعددة, فنظرية الأوتار تـُظهر وجود الأكوان المتوازية.
فهذه الأبعاد تلتف حول نفسها بحيث لا نراها في عالمنا. وبما أن الكون يحتوي على هذه الأبعاد المختلفة بهندستها العديدة والمتنوعة، وعلماً بأن قوانين الطبيعة تعتمد على هندسة الطبيعة، فمن المتوقع أن تُشكِّل هذه الأبعاد العديدة أكواناً مختلفة في قوانينها وحقائقها. هكذا تؤدي نظرية الأوتار إلى نتيجة أنه توجد أكوان عديدة ومختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يشير كاكو إلى حقيقة أنه تم اكتشاف بلايين من الحلول لمعادلات نظرية الأوتار، وكل حلّ من هذه الحلول يصف كوناً متناسقاً رياضياً ومختلفاً عن الأكوان الأخرى التي تصفها الحلول الأخرى للنظرية. هكذا، تدل نظرية الأوتار على وجود أكوان عدة.
وفقاً للنظرية, فكوننا يشبه فقاعة بجانب أكوان موازية شبيهة. وعلى نقيض نظرية العوالم المتعددة, فنظرية الأوتار تفترض أن هذه الأكوان يمكنها أن تكون على اتصال مع بعضها البعض. نظرية الأوتار تقول أن الجاذبية يمكنها التدفق بين هذه الأكوان المتوازية. وحينما تتفاعل هذه الأكوان فإنه ينشأ إنفجار كبير مثل الذى خلق كوننا.
صورة مبسطة لأغشية كونية
اصطدام الأغشية الكونية (الإنفجار الكبير)
اهتزاز الأوتار وتكون المجرات والأجرام الفضائية
حينما يستطيع الفيزيائيون خلق آلة تستطيع رصد المواد الكمية, فالأوتار تحت الكمية ستظل بعيدة عن الملاحظة, وهذا يجعلهم - وبالتالى النظرية القائمة عليهم- نظريين كلية ً. البعض رفض هذا, والبعض الآخر يعتقد أنه صحيح.
يتبع
