دکتر حسن بلوری،
برلین،۲۰۲۵٫۱۰٫۲۱
Classical spacetime
اولین قدم برای توصیف دنیای “واقعی بیرون”، ارایه مفهومِ شیء فیزیکی است. قدم دوم، بازگویی فهم ما از این مفهوم است که میباید تا حدِ امکان مستقل از ادراک حسی باشد.۵ گزارههایی که نه بهطور مستقیم و نه بهطور غیرمستقیم در دسترس حواس ما نیستند، مانند گزارههای فضا و زمان، غیرقابل راستآزمایی و با ماهیت فیزیک در تضاد هستند.
فشرده
فضازمانِ کلاسیک یک ساختار چهار بُعدی است و برخلاف نظریه کوانتومی پیوسته تصور میشود. اینکه آیا این تصور درست است و یا توهمی بیش نیست، یکی از مسائل و پرسشهای بزرگ انسان در طول تاریخ بوده و میباشد. مسئلهای که از جمله از جانب هراکلیت۶معتقد به شکلگیری هستی از آتش و تغییرپذیری آن در سطوح گوناگون، ذکریای رازی۷ معتقد به فضا و زمانِ مطلق، هفتصد سال پیش از ایزاک نیوتن۸، و همچنین در دوران نیوتن از قرن هفدهم تا اوایل قرن بیستم و از آن زمان به اینسو بهصورت نسبیتی از جانب آلبرت اینشتین۹ در شکل فضازمانِ چهاربُعدی خاص (۱۹۰۵) و عام (۱۹۱۵) مورد بحث و بررسی بوده است. با این همه، باید اذعان کرد، ما هنوز به پاسخ نهائی در باره هستی و چیستی فضازمان دست نیافتهایم.۱۰ در مقالهی حاضر، در بخش نظریه نسبیت عام، ثوضیح میدهیم که چرا اینشتین یک سال پس از ارایه نظریه نسبیت عام، یعنی در سال ۱۹۱۶ میگوید:
“الزامِ هموردایی عام (general covariance)، آخرین بقایای عنیتِ فیزیکیِ فضا و زمان را از بین میبرد.”۱۱
علم فیزیک حاضر، استوار بر دو نظریه اساسی از قرن بیستم، یعنی نظریه نسبیت و نظریه کوانتومی، جهان هستی را با یاری فضازمان توصیف میکند. با این حال، “ما نمیتوانیم مطمئن باشیم، اصول اولیهِ فیزیکی که این دو نظریه بر اساس آنها بنا شدهاند در مقیاس پلانک (۳۳–۱۰سانتمتر) نیز معتبر هستند. با این وجود، تاریخ فیزیک به ما میآموزد، برونیابیهای (extrapolations) نظریههای خوب اغلب بسیار خوب عمل میکنند. برای مثال، معادلات ماکسول از مقیاس هستهای تا کهکشانی، یعنی در منطقهای حدود ۱۰۳۵مرتبه، بیشتر از فاصله ما از مقیاس پلانک، بسیار خوب عمل میکند.”۱۲ از اینرو، برای شناختِ فیزیک در اندازههای پلانک لازم است هندسهی فضازمان را در مقیاس پلانک با در نظرگرفتن دو نظریه نامبرده بررسی کرد. برای این منظور آشنایی با فضازمانِ کلاسیک (نیوتنی و نسبیتی) و نظریه کوانتومی ضروری است. بههمین خاطر ما در این مقاله سعی داریم با دستاوردهای ۲۵قرن گذشته در بارهی فضا و زمانِ کلاسیک آشنا شویم و در مقالههای پسین به فضا و زمان کوانتومی و فیزیک در مقیاس پلانک (نظریه گرانش کوانتومی) بپردازیم. با درنظرگرفتن این مهم که در حال حاضر هیچگونه امکان راستآزمایی چنان نظریهای وجود ندارد.
یادآوری:
۱. در مقاله ’معمّای فضازمان‘۱۳: بهطرح مسئلهی فضازمان در رابطه با نظریه نسبیت عام و نظریه کوانتومی پرداختیم.
۲. در مقاله ’محدودینتهای شناخت فضازمان‘۱۴: محدودیتها را از جمله اختلاف در ساختارهای نظری ملاحظه کردیم.
پیشگفتار
رویدادهای طبیعی با یاری گویههای (مقولههای) فضا و زمان توصیف میشوند. از اینرو، روشن است که باید پیش از همه شناخت درستی از این دو گویه داشت. در درجه نخست لازم است نشان داده شود که اصولن فضا و زمان وجود دارند. اما همانگونه که میدانیم۹ علم فیزیک با پیشفرض وجود فضا و زمان، چه بهصورت مطلق و چه بهصورت نسبیتی، بنا شده است. بیآنکه وجود آنها بهعنوان مفهومهای پایه فهمیده و به اثبات رسیده باشد. از اینرو، نمیتوان این وضعیت را رضایتبخش و اساسی دانست. با این همه، ما شاهد کارآیی شایان توجه روش پیشگرفته در بخشهای مختلف علمی و فنی هستیم. امری که بنوبه خود سبب باور ما به وجود فضا و زمان و دیدگاه ویژه به جهان هستی شده است. در اینباره در مقالهی ’مفهوم فضا‘۱۰ آمده است:
“مفهومِ فضا مانند مفهومِ زمان و مفهومِ مادّه در صد سال گذشته در ارتباط با دستآوردهای شگرفِ علمی تغییرات اساسی داشته است، تغییراتی حاصل از نقد فیزیکی و فلسقی آنها. فضا برای دانش فلسفه یک موُلفهی اساسی بهحساب میآید. اینکه آیا فضا محدود است یا نامحدود، مطلق است یا نسبیتی و یا آیا اصولن چیزی به نام فضا وجود دارد یا صرفن رابط میان اشیاء و یا بخشی از یک چارچوب مفهومی، همواره در دانش فلسفه محل مناقشه بوده است.”۱۰ و در مقاله ’زمان چیست و چگونه به دنیا آمد؟‘۱۵ میخوانیم:
“مقولهی زمان سخت با تجربهی روزمرهی ما گرهخورده است. برای مثال، ما پروسهی حیات را بازگشتناپذیر و یکسویه شاهدیم. آیا این بهمعنای وجود زمان، یکسویه و جهتدار بودن آن است؟ حواس ما یک چنین حالتی را به ما القاء میکنند: در شکلِ زمانِ مطلق و جاری شدن یکنواخت آن. حالتی که ذکریای رازی و هفتصد سال پس از او نیوتن آن را با چنان ویژگیهایی توصیف نمودهاند و امانوئل کانت آنها را نه تنها مطلق بلکه آپریوری، پیشاتجربی، پیشینی، نیز دانسته است.
به دلیل آنکه قوانین طبیعی هیچ نشانی برای تعریف زمان از خود بروز نمیدهند، لذا عملن راهی جز تعریف دلخواه و قراردادی آن باقی نمیماند. از اینرو، ماخ، پوانکاره، اینشتین، رایشنباخ، کارناپ، گرونبام و بسیاری دیگر اقدام به بررسی همهجانبهی زمان قراردادی کردند. بررسیهای نظری و تجربی آنها نشان دادند که زمانِ قراردادی توان توضیح مسائل حل نشده را دارد و قادر است بگوید، چرا اندازههای زمان در حرکتها و یا در مکانهای مختلف در مقایسه باهم یکسان نیستند.”۱۵
با درنظرگرفتن نکات ذکر شده در نقل قولهای۱۵،۱۰ و اینکه رویدادهای طبیعی با یاری گویههای فضا و زمان توصیف میشوند، لازم است به این پرسشِ ارنست شموتزر Ernst Schmutzer، فیزیکدانِ آلمانی (۲۰۲۲ـ۱۹۳۰)، پاسخ داد:
“تصورِ نبودِ فضا و زمان به چه معنائی است؟ آیا راهی برای بیان ریاضی پروسهی آبستراکت آن وجود دارد؟”۱۶
شموتزر خود به این پرسش چنین پاسخ میدهد: “تا به امروز توفیقی برای بیانِ ریاضی چنان ایدهای حاصل نشده است.”۱۶
شاید پژوهشهای علم فیزیک در مقیاس پلانک، حداقل بهطور نظری، با آمیزش (تلفیق) نظریه نسبیت عام و نظریه کوانتومی به نظریه گرانش کوانتومی، امکان پاسخ اساسی به پرسشهای دیرینه انسان در بارهی فضا و زمان را بوجود آورد.
******
برای مطالعه متن کامل نوشته با فرمت پی دی اف لطفا اینجا کلیک کنید
******