BBC Horizon - What is Reality?

دنياي عجيب و مرموزي در اطراف ما وجود دارد

اکثر اوقات از احساسات ما پنهان است

من هميشه رازهاي قابل رديابي را دوست داشتم و اين واقعا بزرگترين راز موجود است

اين يکي از ساده‎ ترين و با اين حال عميق ترين سوال هاي علم است

جستجو براي درک طبيعت حقيقت

ولي در اين راه احساسات عام به درد نمي خورند

مکانيک کوانتوم مي گويد که من مي توانم از اين ديوار رد بشوم

چند بار اين اتفاق مي افتد؟خيلي کم

ولي به اندازه ي کافي صبر کنيد و اين اتفاق مي افتد

جستجو براي سرنخ ها دانشمندان را به پپيشگامان احتمالات دانستن پيش برده است

از سياهچاله ها

تا عميق ترين ساختار زمان و مکان

و چيزي که آنها در حال کشف کردن هستند شايد درک ما از واقعيت را براي هميشه تغيير بدهد

آيا اين شما رو گيج نمي کنه؟من که خيلي گيج ميشم

با استفاده از زبان عاميانه ي مردم نمي شود درباره ي آن صحبت کرد

اين جستجو ذهن بعضي از بهترين ذهن هاي فيزيک امروز را به خود مشغول کرده است

ولي توجه داشته باشيد

همين که به واقعيت آنها وارد شويد,واقعيت شما نيز ديگر مثل قبل نخواهد بود

واقعيت براي اکثر ماها آشنا,مايه ي آسايش و قابل اعتماد است

و همه جوره با عقل جور در مي آيد

درختان عمود رشد مي کنند,توپ فوتبال قوانين حرکتي آشنايي را دنبال مي کند

و تمام کارهاي ما به طور قابل اعتمادي در فضاي سه بعدي اتفاق مي افتد

ولي فيزيکدانان آن را کمي متفاوت مي بينند

واقعيت از آن چيزي که به نظر مي رسد بسيار عجيب تر است

من احساس مي کنم که ثابت ايستاده ام

ولي در حقيقت با سرعت 67 هزار مايل بر ساعت به دور خورشيد مي چرخم

من احساس يکپارچگي و توپر بودن دارم ولي من اکثرا از فضاي خالي تشکيل شده ام

و تمام اينها مثل يک بازي در جريان دارند,شايد جريان زمان تنها يک توهم باشد

جستجو براي درک واقعيت باعث شد دانشمندان به ماوراي نمودهاي سطحي رساند

تا تلاش کنند و اساسي ترين قوانين و ساختارها را رمزگشايي کنند

ولي هنگامي که به تعريف آن مي رسد

معلوم مي شود که واقعيت بسيار بسيار گمراه کننده است

همينه,تو قراره از من سوال کني واقعيت چيه؟ واي

واقعيت چيه؟

تو حتي چيزي کمتر از چيزي که من گفتم مي خواي؟چي؟

واقعيت يک عقيده ي فلسفي است که ما آن را به چيزي نسبت مي دهيم که واقعي است

کمکي نکرد.نه؟

من مي گويم که واقعيت يک سري از چيزهايي است که ما مي دانيم واقعي است

مثل چي؟

مثل اين حقيقت که ما اينجا نشسته ايم و داريم حرف مي زنيم

مثل اين حقيقت که جهان مکانيک کوانتومي است

مثل اين حقيقت که جهان 13.8 ميليارد سال وجود داشته است

اين حقيقت که سخت است يک قرار در شب شنبه داشته باشي

اين واقعيت است

هيچ راه فراري از اين حقيقت وجود ندارد که درک واقعيت چالشي بسيار بزرگ است

ولي اين جلوي فيزيکدانها را براي تلاش غيرممکن نگرفته است

تا تلاش کنند تا بفهمند واقعيت از چه چيزي ساخته شده است

و براي قرن ها آنها با يک تکنيک بسيار ساده به اين سوال رسيده اند

آنها واقعيت را به تکه هاي کوچکي تقسيم کردند

به واقعيت با کيفيت بالا خوش آمديد که به آن آزمايشگاه فرمي هم مي گويند

يک آزمايشگاه فيزيک با انرژي بالا در نزديکي شيکاگو

اين پرفسور هاکوبو کونيگزبرگ,شکارچي ذرات است

و يکي از معدود انسانهايي در اين سياره است که مي تواند شخصا ادعا کند

که به کشف مقدار کمي از واقعيت کمک کرده است

دستگاه کونيگزبرگ قدرتمندترين شتاب دهنده ي ذرات در آمريکا است

تواترون

ولي مثل هر چيز ديگري که با واقعيت سر و کار دارد,از ديدگان پنهان است

ما به تواترون نگاه مي کنيم

برخورد دهنده ي پروتون-ضد پروتون آزمايشگاه فرمي

ده متر زير زمين قرار دارد

اينها زمين هاي بيروني باتاويا ايلينويز است

روز خوبي براي نگاه کردن به آنها است

و همين الان که ما داريم صحبت مي کنيم

در هر ثانيه,زير زمين ده ها ميليون برخورد پروتون-ضد پروتون انجام مي شود

به مدت 20 سال کار مي کند

و هر روزه اساسا ما مرزهايي را که مي شناسيم را رو به جلو هل مي دهيم

کارخانه ي شکلات سازي است.ما خيلي دوستش داريم

چيزي که زير اين دشت ها در تواترون جريان دارد

يکي از خشن ترين برخوردهاي جهان است

در اعماق زمين در يک لوله ي 4 مايلي از فضاي تهي(خلاء

که توسط آهنرباهاي فرارسانا پوشيده شده است

با سرعتي نزديک به سرعت نور

دو ذره ي درون اتمي را به هم مي کوبانند

هدف آنها پيدا کردن ذرات بنيادي واقعيت در بين ذرات اين برخوردها است

بسيار کوچک و فناناپذير

ولي مانعي در اين روش چشمگير وجود دارد

وقتي که شما يک پروتون را با يک ضد پروتون برخورد مي دهيد و اين مقدار انرژي را درست مي کنيد

تنها از يک برخورد شما مي توانيد صدها ذره توليد کنيد

صدها ذره ي مختلف که به عنوان يک فيزيکدان در ابتدا بايد شناسايي شوند

بفهميم که کدام يکي از اين ذرات بنيادي

مشکلي است که فيزيک ذرات را براي بيش از 60 سال تعريف کرده است

و نياز به يک نظريه و آزمايش فوق العاده دارد

مشکل با اتم ها شروع مي شود

که زماني تصور مي شد ذرات بنيادي هستند

در ابتدا هنگامي که آزمايش کنندگان آنها را شکستند,ذرات کوچکتري را درون آنها پيدا کردند

الکترون ها,نوترون ها و پروتون ها

ولي هنگامي که سعي کردند پروتون ها را به هم بکوبانند

با مشکل ديگري رو‎به‎رو شدند

ذرات کوچک براي از هم باز شدن به انرژي زيادي نياز دارند

که به معني ساختن دستگاه هاي بزرگ و بزرگتر بود

ولي چيزي که از اين شاهکارهاي مهندسي بيرون آمد کاملا سوپرايز کننده بود

براي شاد کردن آزمايش کنندگان با اولين برخورد پروتون ها

صدها ذره ي جديد توليد شدند

و وقتي که زمان شناسايي آنها شد

فهميدند که به کمک احتياج دارند

براي فهميدن اتفاقات,آزمايش کنندگان به نظريه پردازان روي آوردند

نابغه هاي رياضي,کساني که مشکلات فيزيک را به کمک قدرت محض تفکر حل مي کنند

اين پرفسور فرانک ويلژک,برنده ي جايزه ي نوبل فيزيک نظري

چطوريد؟...خوبم...من کلکسيون کيک هاي ووپي دارم

او در کمبريج ماساچوست زندگي مي کند

ولي به ييلاقات زيباي نيو همپشاير مي آيد تا فکر کند

ويلژک يکي از معماران کليدي تعريف حال حاضر ما از واقعيت است

مدل استاندارد ذرات بنيادي

اين مدل تعريفي با جزئيات از ساختار سازنده ي اساسي ماده

و نيرويي که آنها را پيوند مي دهد است

ما گلچين خوبي از ذرات بنيادي از واقعيت براي شما جمع کرديم...آره.قطعا همينطوره

هنگامي که آزمايش ها انجام شد,شوک بزرگي وجود داشت

چون اتفاقي که افتاد اين بود که مردم فهميدند که هنگامي که آنها دو عضو پروتون ها را به سختي به هم مي کوبند

خروجي,ذرات کاملا جديد و غير منتظره بود

مثل مزون کا (کائون), ذره ي امگا,مزون پي (پيون),الکترون

نوترون ها و ديگر مزون ها

آنها ديگر اسم تمام کردند چون تنها الفباي يوناني بسيار بزرگ بود

تعداد زيادي از اين تنوع پيچيده مثل باريون ها و مزون ها وجود داشت

که با هم به ذرات متحرک مشهور هستند

يک لايه ي جديد از واقعيت کشف شده بود

ولي سوالي که هيچ کس نمي توانست جواب بدهد اين بود

کدام يک از آنها بنيادي تر هستند؟

آنها از راه آزمايش کشف شده بودند

با هيچ زمينه ي درک نظري از چيزي که اتفاق افتاده بود

بنابراين نظريه پردازاني که مي خواستند به توضيح ساده اي از طبيعت دست پيدا کنند

و فکر مي کردند که آماده بودند تا کتاب قوانين طبيعت را ببندند,کاملا گير کرده بودند

و بايد به ميز طراحي خود برمي گشتند

و بايد اين ذرات غير منتظره را توضيح مي دادند

نظريه پردازان سعي کردند يک راه حل ساده و خوب را مطرح کنند

آنها برايشان سوال پيش آمده بود که آيا زو(ذرات متحرک) با عقل جور در مي آيد

و آيا اين ذرات ترکيبي از قسمت هاي بنيادي بيشتر هستند

آنها اين سري جديد از ذرات را کوارک ناميدند

توسط نظريه روي هم 6 کوارک توضيح داده شده است

کوارک هاي بالا و پايين,عجيب و فريبنده و ته و سر

در ابندا هيچ کس باور نمي کرد که اينها واقعي باشند

سپس نشانه هايي از آنان شروع به نمايان شدن کرد

و بزودي اين ذرات تخيلي کشف شدند

يکي يکي تا اينکه نظريه به يک مانع برخورد کرد

کوارک سر هنوز پيدا نشده بود

يا اينکه هنوز آن را پيدا نکرده بودند و يا اينکه اصلا وجود نداشت

يک موضوع فکر نکردني

بنابراين با هم,نظريه پردازان و آزمايش کنندگان تصميم گرفتند ريسک کنند

آنها ميليارد ها دلار براي يک نوع جديدي از شتاب دهنده سرمايه گذاري کردند

که بسيار قدرتمندتر از هر چيزي که تا به الان ساخته شده,بود

در سال 1990 هاکوبو کونيگزبرگ به شکار براي کوارک سر پيوست

او بزرگترين اسباب بازي در فيزيک ذرات را در اختيار داشت

تواترون جديد و يک نظريه ي خيلي خوب براي راهنماييش

تمام نگاه ها به آزمايشگاه فرمي بود

تيم هاکوبو به دنبال چيزي آنقدر کوچک مي گشت که هيچ اندازه ي قابل تشخيصي نداشت

جرم آن را نمي دانستند

و اگر کلا وجود داشت,بسيار نادر بود

پيش بيني مي شد که سنگين ترين کوارک باشد

ولي حتي اگر پيدا مي شد,اين امر تنها يک تريليونم تريليونم ثانيه به طول مي انجاميد

پيدا کردن کوارک سر بسيار بسيار سخت بود

ما بايد هزاران ميليارد از آن برخوردها جمع کنيم

براي اينکه بالاخره تعداد کمي از آنها را که کوارک هاي سر توليد مي کنند را تشخيص دهند

اگر درست کردن برخوردها انقدر سخت نبود

آناليز کردن قطعه هاي زودگذر واقعيتي که آنها توليد مي کنند

بر روي عملکرد بي نقص پيچيده ترين تجهيزات علمي اي که تا به حال ساخته شده است

آشکار سازان برخورد بستگي دارد

اين يکي از قطعات آشکار کننده است

يک محفظه ي بزرگ است

که سيم کشي هاي بسيار کوچکي در سرتاسرش دارد

پر از گاز است

و هنگامي که ذرات از نقطه ي برخورد خارج مي شوند

رد ذرات بسيار کوچکي از يون باقي مي گذارند که توسط سيم هاي بسيار ريز شکار مي شوند

و آنوقت همچنانکه از نقطه ي برخورد ظاهر مي شوند

شما مي توانيد مسير هر ذره را بازسازي کنيد

اين به ما کمک بسيار بزرگي کرد

بنابراين اين قسمتي از تاريخ است

و اينجا به عنوان يکي از باشکوه ترين قطعات دستگاه نشان داده شده است

که به ما کمک کرد واقعيت را رمز گشايي کنيم

تيم هاکوبو به مدت 4 سال به دنبال کوارک سر بود

دفتر دست نوشته ي خودش جاه طلبي هاي بيهوده ي آنان را ثبت کرده بود

بيش از 6 ميليون برخورد ولي با اين حال هيچ کوارک سري پيدا نشد

سپس يک روز همه براي يک ملاقات دور هم جمع شدند

اين اتاقي است که بعد از سالها گرفتن داده

بالاخره فهميديم يک ذره ي جديد را کشف کرده ايم

ما کوارک سر را کشف کرده بوديم

بيست و يکم ژانويه سال 1995

اولين واکنش از کل اتاق سکوت بود,و سپس همه شروع به شادي و دست زدن کردند

هيچ کس باور نداشت

چون بعد از سالها تلاش و کار سخت اين نتيجه به دست آمده بود

سالها تلاش در ميان تعداد زيادي شتاب دهنده

ما بالاخره آن را داشتيم و ما بدون هيچ شکي قانع شده بوديم

که اين قرار بود تبديل به قسمتي از واقعيت بشود

کوارک سر اينجا بود تا وجود داشته باشد تا بماند و قسمتي از تاريخ اکتشافات علمي باشد

بنابراين احساسات ما وجد و خوشي زياد بود.خلسه ي به تمام معنا

ما همگي احساس مي کنيم که اين بچه ي ما است

اين ذره اي است که ما آن را نمايان کرديم و مي دانيم که آن را مورد مطالعه قرار مي دهيم و از آن مراقبت مي کنيم

با کشف کوارک سر,فيزيکدانها در شرف درک

يکي از بزرگترين اسرار واقعيت بودند.از چه چيزهايي درست شده است

بالاخره آنها ذرات زو را به يک سري از ذرات نشکستني به نام

مدل استاندارد ذرات بنيادي تبديل کردند

شش کوارک و 6 الکترون عموزاده ي آن,لپتون ها

و 4 ذره اي که نيرو حمل مي کنند

با هم,اين 16 جزء دنيايي را که ما در اطراف خود مي بينيم را درست کرده اند

اين دستاوردي فوق العاده است

تا به اعماق دنياي مرئي نفوذ کنيم

تا لايه ي کف خود واقعيت

ولي در مرکز اين تصوير معمايي وجود دارد

شما اين حقيقت را دوست داريد که داريد آن را مي بينيد.شما اين حقيقت را دوست داريد که مي توانيد توضيح دهيد چطور اين موارد

بر يکديگر اثر مي گذارند و اينکه چه کسي هستند و ويژگي هاي اساسي آنها چه چيزي است

ولي سپس شما نمي دانيد چرا انقدر زياد هستند و شما مي خواهيد فکر کنيد چه چيزي اين عددها را کنترل مي کند؟

چه چيز جادويي اي درباره ي 6 کوارک وجود دارد؟چه چيز جادويي درباره ي 6 لپتون وجود دارد؟چرا 6 تا؟