بزرگترین راز های حل نشده علم فیزیک- قسمت دوم
سرنوشت جهان چیست؟
سرنوشت جهان شدیدا به فاکتوری با مقدار نامعلوم بستگی دارد: Ω ، میزان چگالی ماده و انرژی در جهان. اگر Ω بیشتر از ۱ باشد فضا-زمان مانند سطح یک کره عظیم بسته خواهد بود. اگر انرژی تاریک وجود نداشته باشد چنین دنیایی از گسترده شدن باز می‌ایستد و در عوض منقبض می‌شود و در نهایت با رویدادی به نام مه رُمب پایان می‌یابد. اگر جهان بسته باشد و انرژی تاریک وجود داشته باشد این جهان کروی تا ابد به گسترش ادامه خواهد داد.
شکل عالم مفهومی است برخاسته از نسبیت عام اینشتین، نظریه‌ای که به توصیف چگونگی انحنای فضا زمان در حضور ماده و انرژی می‌پردازد. این انحنا می‌تواند بر شکل عالم تاثیر بگذارد و آن را به سه صورت مختلف تخت (بدون انحنا) باز (انحنای منفی) و بسته (انحنای مثبت) توضیح دهد. هر شکل بستگی به کل جرم و انرژی در واحد حجم دارد. اگر در عالم میزان جرم و انرژی بسیار زیاد باشد در این صورت خمیدگی عالم مثبت خواهد بود، مانند توپی گرد. اگر میزان جرم و انرژی خیلی کم باشد خمیدگی عالم منفی خواهد بود، درست مانند زین اسب.
فقط در صورتی که عالم چگالی صحیح با تعداد اندکی پروتون در هر متر مکعب را داشته باشد، می‌تواند بدون خمیدگی و در نتیجه تخت باشد. عالم تخت عالمی است که باریکه‌های نور به موازات یکدیگر حرکت می‌کنند. عالم تخت حد فاصلی بین بسته (پرتوهای نور در آن به سمت یکدیگر همگرا می‌شوند) و عالم باز (باریکه های نور واگرا) است.
آیا در بی‌نظمی، نظمی هم وجود دارد؟
فیزیکدانان نمی‌توانند دسته معادلاتی را که رفتار سیالات؛ از آب تا هوا و دیگر مایعات و گازها، را توصیف می‌کند، دقیقا حل کنند. در واقع معلوم نیست که آیا راه حلی عمومی‌برای معادلات ناویه استوکس (مدل ریاضی حاکم بر حرکات، جریانات، و دینامیک سیالات) وجود دارد یا خیر و اگر وجود دارد آیا تمام سیالات را توصیف می‌کند یا نقاط ناشناخته یا تکینگی (Singularity) دارد؟ به عنوان یک پیامد، طبیعت بی‌نظمی کاملا شناخته شده نیست.فیزیکدانان و ریاضیدانان می‌پرسد آیا رفتار هوا به سختی قابل پیش بینی است یا کاملا غیر قابل پیش بینی است؟ آیا آشفتگی از توصیفات ریاضی سبقت می‌گیرد و یا وقتی با ریاضی درست با آن کار کنیم قابل فهم است؟
چطور اندازه گیری‌ها توابع موج کوانتوم را فرو می‌ریزد؟
در محدوده عجیب الکترون‌ها، فوتون‌ها و دیگر ذرات بنیادی، قانون مکانیک کوانتوم است. ذرات مانند توپ‌های کوچک رفتار نمی‌کنند بلکه مانند موج‌هایی هستند که در یک فضای بزرگ پخش شده اند. هر ذره با یک تابع موج یا توزیع تصادفی توصیف می‌شود که به ما مکان، سرعت و اینکه دیگر ویژگی‌ها چطور ممکن است باشند، نه اینکه چه هستند، را می‌گوید. هر ذره محدوده‌ای از مقادیر را تا زمانی که به طور تجربی اندازه‌گیری شود برای ویژگی‌هایش دارد برای مثال، مکان ذره- در این زمان تابع موج فرو می‌ریزد و ذره تنها یک مکان می‌گیرد.
اما چطور و چرا اندازه‌گیری یک ذره باعث فروریختن تابع موج آن می‌شود و واقعیتی که ما مشاهده می‌کنیم را تولید می‌کند؟ این مسئله که به مشکل اندازه‌گیری معروف است ممکن است مبهم به نظر برسد اما درک ما از واقعیت، اگر وجود داشته باشد، وابسته به این جواب است.
آیا نظریه ریسمان صحیح است؟
وقتی فیزیکدانان فرض می‌کنند که تمام ذرات بنیادی در واقع حلقه‌های یک بعدی یا ریسمان هستند که هرکدام با بسامد متفاوتی نوسان دارند، فیزیک آسان‌تر می‌شود. تئوری ریسمان فیزیکدانان را قادر می‌سازد قوانینی که بر ذرات حاکم است، مکانیک کوانتوم، را با قوانینی که بر فضا زمان حاکم است، نسبیت عام، وفق دهند و ۴ نیروی بنیادی طبیعت را در یک قاب متحد کنند.
تابع موج دامنه‌ای از احتمالات را به ما می‌دهد تا زمانی که بتوانیم با آزمایش و به صورت تجربی میزان و مکان دقیق هر ذره را به دست بیاوریم. اما برای به دست آوردن مقدار دقیق مانعی وجود دارد. هنگام اندازه‌گیری خواص ذرات تغییر کرده و نمی‌توانیم نتیجه‌ای را به دست بیاوریم. اما چگونه و چرا اندازه‌گیری یک ذره باعث فروپاشی تابع موج آن می‌شود؟ این مشکل که به نام خطای اندازه‌گیری شناخته می‌شود مانع بزرگی در برابر شناخت ما از جهان است.
طول عمر کیهان
این رمز و راز، پایان کیهان، ممکن است تا شب به یاد شما نماند، اما قطعاً در آینده‌ی دور باعث نگرانی درباره‌ی زنده ماندن می‌شود. پیش‌بینی شده است این رویداد حماسی در حدود ۱۰ میلیارد سال دیگر رخ دهد. دو نظریه مخالف هم، بیگ کرانچ (Big Crunch) و شکافتگی بزرگ (Big Rip) می‌باشد بیگ کرانچ، اثر مقابل بیگ بنگ است – در واقع همه اجزای ماده در جهان از شتابی که نسبت به هم دور می‌شوند، متوقف شده و در عوض شروع به شتاب گرفتن به سمت یکدیگر خواهند کرد. ممکن است یک تصادم هیجانی همه مواد در این جهان را پدید آورد.
در شکافتگی بزرگ نیز تمام اجزای ماده در جهان با شتاب به دور شدن از یکدیگر ادامه می‌دهند، سریعتر و سریعتر تا در نهایت فضا – زمان، چنان سریع شکافته می‌شود که اتم‌های موجود نیز به قطعات مختلف و ریزتر تجزیه می‌شوند (بعید است در این یکی نیز انسان زنده بماند). این دو احتمال، تنها نتایج ممکن برای جهان نیست متأسفانه بعید به نظر می‌رسد که نسل ما سرنوشت نهایی خود را بداند.
منبع: برترین ها
بخش مرکز یادگیری سایت تبیان،تنظیم:نیلوفر یاقوتی
