الأربعاء، 16 سبتمبر 2015

مسار العلم من الأسطورة إلى الكون المتعدد



مسار العلم من الأسطورة إلى الكون المتعدد

في كتابه الأخير الحائز على جائزة نوبل للله يستكشف ستيفن واينبرغ كيف جعلت العلم في العالم الحديث، وحيث أنه قد تأخذنا من هنا


مثال على معطياته على غرار لكاشف الجسيمات CMS على مصادم هادرون الكبير (LHC) في CERN. هنا، بعد تعرضه لإصطدام اثنين من البروتونات، يتم إنتاج بوزون هيغز الذي يضمحل إلى طائرتين من الهادرونات واثنين من الالكترونات.


من مجلة كوانتا ( تجد القصة الأصلية هنا ).
يمكن أن نفكر في تاريخ الفيزياء على أنها محاولة لتوحيد العالم من حولنا: تدريجيا، على مدى قرون عديدة، ونحن قد وصلنا إلى رؤية ترتبط الظواهر التي تبدو غير ذات صلة بشكل وثيق.عالم الفيزياء  ستيفن واينبرغ  من جامعة تكساس، أوستن، حصل على  جائزة نوبل  في عام 1979 لتحقيق تقدم كبير في هذا، يظهر السعي كيف الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة هي مظاهر لنفس النظرية الأساسية (انه تقاسم الجائزة مع عبد السلام و شيلدون Glashow). أصبح هذا العمل حجر الزاوية في  النموذج القياسي  لفيزياء الجسيمات، التي تصف كيف لبنات البناء الأساسية للكون معا لخلق العالم الذي نراه.
في كتابه الجديد  على تفسير العالم: اكتشاف العلم الحديث ، واينبرغ يدرس كيف ولدت العلم الحديث. من خلال تتبع تطور ما نسميه الآن "المنهج العلمي" نهج -وهو، وضعت على مدى قرون، تؤكد التجارب والملاحظات بدلا من التفكير من أول مبادئ وقال انه يجعل الحجة القائلة بأن العلم، على عكس طرق أخرى لتفسير العالم من حولنا ، يمكن أن نقدم التقدم الحقيقي. من خلال العلم، فهمنا للعالم يحسن مع مرور الوقت، وبناء على ما جاء من قبل. أخطاء يمكن أن يحدث، ولكن يتم تصحيح في نهاية المطاف. وتحدث واينبرغ مع  مجلة كوانتا عن الماضي والمستقبل الفيزياء، ودور الفلسفة في العلوم، وإمكانية مذهلة أن الكون نراه من حولنا هو شظية صغيرة من أكبر من ذلك بكثير  الكون المتعدد . نسخة منقحة ومختصرة من مقابلة يتبع.
QUANTA MAGAZINE: كما في الفيزياء، وكيف هي وجهة نظرك في تاريخ العلم يختلف عن مؤرخ؟
ستيفن WEINBERG: فارق واحد، بالطبع، هو أنهم يعرفون أكثر مما أفعل على الأقل، في الميادين الخاصة التخصص .المؤرخون الحقيقي لديهم فهم أفضل بكثير من مصادرها الأصلية من أنني يمكن أن يكون ربما. لو انهم المؤرخين في العالم القديم، وأنها سوف يكونوا خبراء في اليونانية واللاتينية، وأنا لست على دراية حتى عن بعد حول.
ولكن هناك أيضا اختلاف في الموقف. ويعارض كثير من المؤرخين بقوة إلى ما يسمى ب " تفسير اليميني "من التاريخ، والتي يمكنك ننظر إلى الماضي ومحاولة انتقاء المواضيع التي تؤدي إلى وقتنا الحاضر. انهم يشعرون انها أكثر أهمية للوصول الى حالة ذهنية من الناس الذين عاشوا في ذلك الوقت كنت أكتب عن. ولديهم نقطة. ولكن أود أن أقول أنه عندما يتعلق الأمر تاريخ العلم، تفسير اليميني هو أكثر ما يبرره الكثير.والسبب هو أن العلم، على عكس، مثلا، السياسة أو الدين، هي فرع التراكمي للمعرفة. هل يمكن القول، ليس مجرد مسألة ذوق، ولكن مع الرأي الرصين، أن نيوتن كان يعرف المزيد عن العالم مما فعل أرسطو، وآينشتاين كان يعرف أكثر مما فعل نيوتن. كان هناك حقا التقدم. واقتفاء أثر ذلك التقدم، فمن المنطقي أن ننظر إلى العلم في الماضي ومحاولة انتقاء وسائط الفكر التي إما أدت إلى التقدم، أو التقدم لإعاقة.
؟ لماذا التركيز على تاريخ الفيزياء وعلم الفلك
حسنا، هذا ما أعرفه عن؛ حيث ان لدي بعض اختصاصها. ولكن هناك سبب آخر: انها في الفيزياء وعلم الفلك أن العلم أولا أصبحت في الواقع، انها الفيزياء كما هو مطبق في علم الفلك "الحديثة". قدم نيوتن لنا النهج الحديث لالفيزياء في أواخر القرن 17. وأصبحت فروع أخرى من العلوم الحديثة إلا في الآونة الأخيرة: الكيمياء في أوائل القرن 19؛ علم الأحياء في منتصف القرن 19، أو ربما أوائل القرن 20. لذلك إذا أردت أن تفهم اكتشاف العلوم والتي الحديثة هو العنوان الفرعي لكتابي الذي الاكتشاف تم في سياق الفيزياء، وخاصة كما هو مطبق في علم الفلك.
وغالبا ما ينظر الفيزياء النظرية باعتبارها السعي لتوحيد نفكر في نيوتن، والفيزياء الأرضية والسماوية موحدا، أو جيمس كلارك ماكسويل والكهرباء الموحد، المغناطيسية، والضوء. وبالطبع العمل الخاصة بك. أين هذا السعي من أجل توحيد الموقف اليوم؟
تأكدت لم متقدمة كثيرا، باستثناء حقيقة أن نظريات نحن تكهن حول في 1960s عن طريق الملاحظة. في نظرية أنا وضعت في البلدان المتقدمة 1967-عبد السلام أساسا نفس النظرية، بشكل مستقل، في عام 1968، حقل التماثل العاجلة لعبت دورا أساسيا، واضح في الجسيمات يسمى بوسون هيغز ، الذي خصائص توقعنا، باستثناء كتلته. الآن، وبفضل تجارب أجريت في CERN، وقد تم التحقق من هيغز. لذلك نحن على أرض أكثر صلابة بكثير. لكننا لم يذهب إلى أبعد من ذلك. وقد بذلت جهود هائلة لاتخاذ مزيد من الخطوات، خصوصا في سياق  نظرية الأوتار . أن نظرية الأوتار توحيد جميع القوى، والقوى النووية الشديدة والضعيفة، والقوة الكهرومغناطيسية، جنبا إلى جنب مع الجاذبية. وقد وفرت نظرية الأوتار بعض الأفكار الرياضية عميقة حول كيفية التي يمكن أن تعمل. لكننا بعيدون عن التمكن من التحقق من نظرية أبعد من ذلك بكثير مما كنا عليه من التحقق من نظرية المجال الكهرو قبل 40 عاما.
ومن المقرر مصادم هادرون الكبير (LHC) للبدء مرة أخرى هذا العام، مع ضعف القوة التي كانت لها أثناء رحلتها الأولي.  ماذا كنت آمل انها سوف تجد-أنا لست متأكدا مما اذا كان "الأمل" هو كلمة والحق عندما يكون تشغيله؟
الأمل هو بالضبط الكلمة الصحيحة! ذلك يعتمد على ما جسيمات جديدة قد يكون لها الجماهير في المدى الذي LHC يمكن تحقيق. ومن المؤكد أن هناك أشياء للبحث عن. الشيء الأكثر وضوحا هو جسيم المادة السوداء. ونحن نعلم من علم الفلك أن خمسة أسداس من المادة في الكون شيء لا يصلح في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. ولكن ليست لدينا فكرة عما هي كتلته. علماء الفلك يمكن أن تخبرنا الكتلة الإجمالية لهذه المادة المظلمة، ولكن ليس كتلة التي يحملها كل جسيم. لو كان التقليدية الجسيمات المادة السوداء، والمعروفة باسم WIMP- "التفاعل ضعيف الجسيمات الضخم" -then المصادم قد تجد ذلك. ذلك يعتمد على كيفية الثقيلة هو عليه، وعلى كيف يضمحل، لأنك لا ترى الجسيمات نفسها، ترى منتجات اضمحلاله فقط.
وLHC قد تجد أيضا علامات على  التناظر الفائق ، نظرية الافتراض أن الجسيمات المعروفة لكل واحد من الجسيمات، ولكن الشريك مرة أخرى، نحن لا نعرف ما هي كتلة من تلك الجسيمات الشريك سيكون. وهنا، وهناك حالة من عدم اليقين أعمق: نحن لا نعرف ما اذا التناظر الفائق له علاقة مع العالم الحقيقي. ويمكن أيضا أن يكون هناك الكواركات أثقل، وربما الإصدارات حتى أثقل من الجسيمات هيغز.
وقال انه في بعض الأحيان أن التناظر الفائق سيكون نوع من الابهام المتابعة لنظرية الأوتار، والذي كان من المستحيل أن الاختبار بأي شكل من الأشكال المباشرة. إذا وجدت LHC أي دليل على التناظر الفائق، ماذا يحدث لنظرية الأوتار؟
ملعون إذا أنا أعلم! للأسف، نظرية الأوتار لا يجعل توقعات محددة جدا حول الفيزياء في الطاقات التي يمكن الوصول إليها بالنسبة لنا. هذا النوع من طاقات الهياكل التي تتعامل مع نظرية الأوتار مرتفعة جدا، ونحن سوف ربما أبدا أن يكون قادرا على إعادة إنتاجها في المختبر. ولكن تلك الطاقات كانت شائعة في الكون في وقت مبكر جدا. ذلك بجعل الملاحظات الكونية، قد نحصل على التعامل مع الفيزياء من تلك الطاقات مرتفعة بشكل لا يصدق. على سبيل المثال، إذا كانت كثافة المادة والطاقة في وقت التضخم  كان من أمر من حجم الذي هو سمة من نظرية الأوتار، بعد ذلك تم إنتاجها قدرا كبيرا من الأشعة الجاذبية في ذلك الوقت، وذلك من شأنه أن يترك أثرا على الخلفية الكونية من الموجات الميكروية. في العام الماضي، العلماء الذين يعملون مع التلسكوب BICEP2  أعلنت  أنها عثرت على هذه الموجات الجاذبية. الآن يبدو أنهم كانوا فعلا  قياس الغبار بين النجوم . ملاحظات أخرى مع  بلانك  الأقمار الصناعية قد تكون قادرة على تسوية هذه المسألة. أعتقد أن هذا هو واحد من أكثر الأمور المثيرة يحدث في كل من العلوم الطبيعية في الوقت الحالي.
لالمنظرين، هو الهدف النهائي مجموعة من المعادلات يمكننا أن نضع على تي شيرت؟
هذا هو الهدف. المعيار النموذجي هو معقد بحيث انه سيكون من الصعب وضعه على تي شيرت، وإن لم يكن مستحيلا. كنت للتو لكتابة نوع من صغيرة. الآن، فإنه لا يأخذ بعين الاعتبار خطورة، لذلك لن يكون "نظرية كل شيء". ولكن سيكون من نظرية من جميع الأشياء الأخرى التي تدرس في مختبرات الفيزياء لدينا. المعيار النموذجي هو معقد بما فيه الكفاية، ولديه الكثير من الميزات التعسفية، ونحن نعلم انها ليست الحل النهائي. ان الهدف من المشروع أن يكون نظرية أبسط من ذلك بكثير مع التعسفية أقل ميزات ربما لا شيء على الإطلاق التي من شأنها أن تناسب على تي شيرت. نحن لسنا هناك بعد.
ويرى بعض علماء الفيزياء أننا قد تضطر إلى تسوية لمجموعة من النظريات المختلفة، وربما تمثل حلولا مختلفة لمعادلات نظرية الأوتار ل. ربما كل حل يمثل مختلف الكون جزء من بعض أكبر "الكون المتعدد".
أنا لست من دعاة فكرة أن لدينا الانفجار الكبير الكون هو مجرد جزء من الكون المتعدد أكبر. فإنه يجب أن يؤخذ على محمل الجد احتمال ممكن، وإن كان. وأنه لا يؤدي إلى عواقب ومثيرة للاهتمام. على سبيل المثال، فإنه يفسر لماذا بعض ثوابت الطبيعة، وخاصة  الطاقة المظلمة ، لديها قيم التي تبدو مواتية جدا لظهور الحياة. افترض أن لديك الكون المتعدد الذي الثوابت مثل الطاقة المظلمة تختلف من واحدة الانفجار الكبير إلى آخر. ثم، إذا كنت تسأل لماذا يأخذ القيمة هو الحال في عالمنا الانفجار الكبير، عليك أن تأخذ بعين الاعتبار أن هناك تأثير الاختيار: انها فقط في الانفجارات الكبيرة حيث يأخذ الطاقة المظلمة قيمة مواتية لظهور الحياة أن هناك أي شخص حول أن نسأل هذا السؤال.
هذا هو مماثل عن كثب على سؤال ان ناقش علماء الفلك منذ آلاف السنين، بشأن الأرض والشمس. لماذا هو الشمس المسافة أنه من منا؟ لو كان أقرب، فإن الأرض تكون ساخنة جدا لإيواء الحياة؛ لو كان بعيدا، فإن الأرض تكون باردة جدا. لماذا هو فقط في المسافة الصحيحة؟ معظم الناس، مثل جالينوس، الطبيب الروماني، ويعتقد أن ذلك يعود إلى الإحسان للآلهة، التي تم ترتيب كل ما لصالحنا. A أفضل بكثير الجواب-الجواب أننا سوف يعطي اليوم، هي أن هناك المليارات من الكواكب في مجرتنا، والمليارات من المجرات في الكون. وليس من المستغرب أن عددا قليلا منهم، من كل تلك البلايين، يتم وضعه بطريقة مواتية للحياة.
ولكن على الأقل يمكننا أن نرى بعض هذه الكواكب الأخرى. هذا ليس هو الحال مع الأكوان التي يقال إنها تشكل الكون المتعدد.
انها ليست جزءا من اشتراط وجود نظرية المادية الناجحة التي كل ما يصف تكون ملاحظتها، أو أن كل التوقعات المحتملة للنظرية أن تكون قابلة للتحقق. على سبيل المثال، لدينا نظرية ناجحة للغاية من القوى النووية الشديدة، ودعا اللونية الكمومية [QCD]، والتي تقوم على فكرة أن الكواركات مرتبطان القوات التي تزيد مع المسافة، حتى يتسنى لنا سوف أبدا، حتى من حيث المبدأ، تكون قادرة على مراقبة كوارك في عزلة. كل ما يمكن أن نلاحظ هي تنبؤات أخرى ناجحة من QCD. لا يمكننا في الواقع كشف الكواركات، ولكن لا يهم. نحن نعرف QCD هو الصحيح، لأنه يجعل التنبؤات نتمكن من التحقق.
وبالمثل، نظرية الأوتار، التي تتوقع أكوان متعددة، لا يمكن التحقق عن طريق الكشف عن أجزاء أخرى من الكون المتعدد.ولكنه قد يجعل التنبؤات الأخرى التي يمكن التحقق منها. على سبيل المثال، فإنه يمكن القول أنه في كل من الانفجارات الكبيرة داخل أكوان متعددة، أشياء معينة سوف يكون دائما صحيحا، وربما تكون تلك الأشياء يمكن التحقق منها. قد يقول أن بعض التماثلات سوف يكون دائما لاحظ، أو أنها سوف دائما تكون مكسورة وفقا لنمط معين نتمكن من مراقبة. إذا قدمت ما يكفي من التوقعات من هذا القبيل، ثم يمكن أن نقول أن نظرية الأوتار هو الصحيح. وإذا توقعت نظرية الكون المتعدد، ثم نستطيع أن نقول إن هذا صحيح جدا. لم يكن لديك للتحقق من كل التنبؤ أن نعرف أن النظرية صحيحة.
عندما نتحدث عن الكون المتعدد، يبدو كما لو الفيزياء وبالفرشاة حتى ضد الفلسفة.وقد أغضب عدد من علماء الفيزياء، بما في ذلك ستيفن هوكينج ولورانس كراوس والفلاسفة بوصف الفلسفة كما عديمة الفائدة. في كتابه الجديد، يبدو كما لو كنت أتفق معهم. هل هذا صحيح؟
أعتقد أن الفلسفة الأكاديمية هي مفيدة فقط في الشعور السلبي الذي هو، في بعض الأحيان الفيزيائيين الحصول على إعجابه بالأفكار الفلسفية، بحيث يمكن أن تكون مفيدة للاستماع من الخبراء أن تلك الأفكار قد طعن داخل المجتمع الفلسفي. أحد الأمثلة على ذلك هو  الوضعية التي قضى التي يجب أن نتحدث فقط عن الأشياء التي يمكن اكتشافها أو ملاحظتها مباشرة.اعتقد الفلاسفة أنفسهم تحدى ذلك، وأنه من الجيد أن نعرف ذلك.
من ناحية أخرى، وهو نوع من النقاش الفلسفي بالخفقان بين علماء الفيزياء أنفسهم. على سبيل المثال، أثارت المناقشة أجرينا في وقت سابق عن الكون المتعدد قضية ما نتوقعه من نظرية علمية عندما لا نرفض ذلك بأنها خارج العلم؛ عندما نقوم استعرض بأنها المؤكدة. تلك هي الأسئلة الفوقية العلمية؛ انهم الأسئلة الفلسفية. العلماء لا يبدو أن التوصل إلى اتفاق حول تلك الأشياء الشبيهة في حالة، لا تفعل الفلاسفة المهنية الكون المتعدد، ولكن بعد ذلك.
وأحيانا، كما هو الحال مع مثال على الوضعية، والعمل من الفلاسفة المهنية يقف فعلا في طريق التقدم. هذا هو الحال أيضا مع النهج المعروف باسم البنائية-فكرة أن النظريات العلمية كل مجتمع هي مفهوم اجتماعي، مثل المؤسسات السياسية، ويجب أن يفهم على أنه يخرج من الوسط الثقافي معين. أنا لا أعرف ما إذا كنت أسميها نظرية فلسفية أو نظرية التاريخية، ولكن على أية حال، أعتقد أن الرأي غير صحيح، وأنا أيضا أعتقد أنه يمكن أن تعرقل عمل العلم، لأنه يأخذ واحدة من العلم في دوافع كبيرة، وهي لاكتشاف شيء، بالمعنى المطلق، مطلقة من أي الوسط الثقافي، هو في الواقع الحقيقي.
كنت 81. كثير من الناس سوف يفكر في التقاعد، ولكن كنت نشطا للغاية. ماذا تعمل الآن؟
هناك شيء لقد تم العمل على ل-ربما أكثر من عام على انها مجرد هاجس رجل عجوز، ولكن أنا أحاول العثور على نهج لميكانيكا الكم أن أكثر منطقية من النهج القائمة. لقد انتهيت للتو من تحرير الطبعة الثانية من كتابي،  محاضرات عن ميكانيكا الكم ، والذي أعتقد أنني تعزيز حجة أن أيا من التفسيرات الحالية للميكانيكا الكم مرضية تماما.
أنا لا أنوي أن يتقاعد، لأنني أستمتع القيام بما أقوم به. أنا أستمتع التدريس؛ أنا أستمتع التالية البحوث؛ وأنا أستمتع به قليل من البحث وحدي. في العام قبل الماضي، قبل أن حصلت على هذا الكم ميكانيكا ركلة، كنت أكتب ورقة حول أسفل إلى الأرض المشاكل في نظرية الجسيمات الأولية. كنت أعمل أيضا على علم الكونيات. آمل أن أعود إلى ذلك.
أعيد طبعها بإذن من  مجلة كوانتا ،  شعبة مستقلة تحريريا من  SimonsFoundation.org  التي تتمثل مهمتها في تعزيز فهم الجمهور للعلم من خلال تغطية التطورات البحثية والاتجاهات في الرياضيات والعلوم الفيزيائية والحياتية.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق