نظريه يگانگي ميدانها

رابطه اينشتين كه بنابر نظريه نسبيت خاص، ارتباط بين انرژي E و جرم m را نمايان مي كند، مهمترين قلمرو كاربرد خود را در آموزش ذرات بنيادي و هسته هاي اتمي تحصيل مي كند.
چنين گمان مي رود كه اين ذرات خميدگيهاي فضايي موضعي قابل ملاحظه و به همين نسبت ميدانهاي گرانشي توليد كنند. اينك اين سؤال پيش مي آيد: آيا اين ميدانها مي توانند مبين نيروهاي جاذبه اي باشند كه استحكام ذرات را در برابر رانش الكتريكي بارهاي توزيع شده بر آنها حفظ مي كنند؟
اينك اگر مرتبه بزرگي اين دو نوع نيرو، رانش الكتريكي و ربايش گرانشي، تخمين زده شود، حاصلي كه به دست مي آيد، دلگرم كننده نخواهند بود. دو ذره يكسان بار شده با جرمهاي متساوي و واقع در فاصله r را در نظر مي گيريم؛ هم رانش الكتريكي و هم ربايش گرانشي جرمها به صورت كسر مقدار ثابت خواهد بود؛ اين مقدار ثابت براي نيروي الكتريكي برابر است با [دستور ]، براي نيروي گرانش با [دستور ]، به طوري كه k ثابت گرانش را معرفي مي كند. نسبت اين دو نيرو عبارت است از چنانچه اين نسبت در مورد دو الكترون محاسبه شود، در حد يكاي الكترواستاتيكي در هر گرم يا نتيجه خواهد شد؛ مضافاً اينكه به حساب مي آيد. به اين ترتيب، يك عدد (بدون بعد) فوق العاده بزرگ كه در حدود است براي نسبت نيروها به دست مي آيد. و اين محققاً بدان معناست كه گرانش بسيار كوچكتر از آن است كه بتواند استحكام الكترون را توجيه كند.
با اين وصف اينشتين پس از تكميل نظريه نسبيت عام، همينكه مدتي كوتاه گذشت، دست به كار تدوين نظريه يگانگي ميدانها شد، بدان منظور كه قوانين گرانشي و الكترومغناطيسي را در قالب يك دستگاه واحد جمع كند. وي در اين راه اميدوار بود كه نه فقط به همجوشي صوري اين دو ميدان دست يابد، بلكه همچنين توضيح وجود ذرات بنيادي و رفتار عجيب و غريب آنها را كه معمولاً با كمك نظريه كوانتومي بيان مي شود، از موضوع اين ميدان واحد بيان كند.
امكان معرفي نظريه كوانتومي از حدود مطالب اين كتاب خارج است بنابراين فقط به همين شرح مختصر قناعت مي كنيم كه مي گوييم، اين نظريه در سال 1900 به دست ماكس پلانك پايه گذاري شده، و بخش بزرگي از آموزش بنيادي آن نيز مرهون اقدامات اينشتين است. به راستي همان مجلد (1905) سالنامه فيزيك (1) كه نخستين و مهمترين كار اينشتين را در خصوص نظريه نسبيت معرفي مي كند، مهمترين اقدام او در زمينه نظريه كوانتومي را نيز در بر مي گيرد، همان اقدامي كه اين بخش را از لحاظ مفروضات به فرضيه اي تبديل كرد كه به تجربه قابل بررسي است. نظريه كوانتومي مانند نظريه نسبيت، تعميم مكانيك سنتي است، ولي در جهت ديگر؛ در حالي كه مفهومهاي فضا و زمان در اولي بريده بريده تغيير داده مي شوند، در دومي مفهوم عليت در ميان است. فيزيك سنتي به معادلات ديفرانسيلي اي منتج مي شوند كه خصوصيت قوانين جبري دارند، به نحوي كه پيشگويي دقيق آينده را بر اساس معلومات مشهود كنوني ممكن مي سازند. قوانين نظريه كوانتومي از نوع آماري اند و فقط محاسباتي قبلي وقايع آينده بر اساس احتمالات را اجازه مي دهند. اينشتين خود مهمترين گام را در اين راه برداشت. اما سپس هنگامي كه اين انديشه ها تركيب جامع خود را در قالبي موسوم به مكانيك كوانتومي جا دادند، وي از ادامه همكاري در اين بررسيها امتناع كرد. او يقين داشت كه مكانيك كوانتومي فقط يك صورت ناقص از طبيعت را نشان مي دهد و سرانجام ناگزير خواهند شد كه به قوانين جبري برگردند.
همين ايقال اينشتين را به طرزي خستگي ناپذير در جهت ايجاد يك نظريه وحدت كشانيد و او اميدوار بود كه با كمك چنين نظريه اي، علاوه بر آنكه وجود پروتونها و الكترونها را توضيح دهد، همه آن نتيجه هايي را هم كه معمولاً از نظريه كوانتومي استخراج مي شوند بتواند بيان كند. در اين ميان چندين وجه از نظريه وحدت را كه همگي از تعميم نظريه ميدان متريك او سرچشمه مي گرفته اند، انتشار داد. پژوهشگران نامدار ديگر - وايل ادينگتن، شرودينگر - نيز افكار مشابهي را دنبال كردند. ولي در آنگاه كه اينشتين در بستر مرگ بود 1956، مانند در هر گاه هنوز از هدفي كه مي داشت، بسيار فاصله داشت.
بيشتر فيزيكدانان نسبت به تلاشهاي در اين جهت بسيار بدبين بودند. علت اصلي اين بدبيني همانا اين واقعيت است كه ذرات بنيادي ديگر (نوترونها، مزونهاي مختلف، هيپرونها، نوترينوها و غيره) كشف شده بودند كه ناپايدارند و مانند اتمهاي راديو آكتيو به ذرات جديد فرو مي پاشند. نظريه كوانتومي به هر قسم ذره اي، ميدان نوع معيني را اختصاص مي دهد (ميدانهاي ماده، به پيروي از دوبروي)(2)، و مطلوب بايد عبارت از اين باشد كه نظريه اي به تنهايي، آنچنانكه مورد نظر اينشتين بوده است، همه اين نوع ميدانها را در برگيرد.
پس مسئله به يك صورت ديگر درآمد و لازم بود از ديدگاه ديگري با آن برخورد شود. ارزش كار اينشتين در هر حال در اين بود كه بر اهميت مسئله تكيه شد، يعني لزوم دست يافتن به قوانين جامعي كه سراسر جهان فيزيك را متحد كند مطرح گرديد.
پژوهش امروزي مسئله وحدت ميدانها را به منظور هدف اينشتين دنبال مي كند، ولي نه بر اساس يقين او مبني بر اينكه، قوانين عمومي مانند قوانين سنتي بايستي از نوع جبري باشند. اينك پژوهش در دو جهت پيش مي رود. يكي از نظريه نسبيت خاص به راه افتاده باشند. اينك پژوهش در دو جهت پيش مي رود. يكي از نظريه نسبيت خاص به راه افتاده مي كوشد، تا با كمك واقعيتهاي تجربي به رد اثر قوانين بنيادي دست يابد، خاصه با بهره گيري از عموميترين عواضي كه در ضمن تأثير متقابل ذره هاي بنيادي بروز مي كنند و قابليت استخراج شدن از تجربه را دارند. اساسي ترين خطوط چهره اين قوانين جديد «غيرخطي» بودنشان است، و غرض از «غيرخطي» آن است كه جمله هاي مختلف معادلات با درجه مختلف مشمول متغيرها مي شوند. (منظور توضيح بيشتر، به اين نكته اشاره مي شود كه قوانين انتشار موج در فيزيك سنتي-مثلا معادلات ميدان الكترومغناطيسي ماكسول - خطي اند، پس نتيجه گرفته مي شود كه دو موج بدون وارد آوردن خدشه متقابل، مي توانند از درون يكديگر عبور كنند. اما حالت غيرخطي در هيدروديناميك پيش مي‌آيد كه حركت مايعات را توصيف مي كند؛ دو جريان هيچ گاه بدون ايجاد خدشه متقابل توارد نمي كنند.) براي پيشگويي قوانين درست، هيچ رهنمود ديگري جز ممكن ترين حد كمال سادگي وجود ندارد. و اين جمله مثلاً راهي است كه هيزنبرگ براي نظريه ذرات بنيادي خود انتخاب كرده است.
آن روش ديگر پژوهش هدفش اين است كه قوانين بنيادي را به اقضاي ناوردايي در قبال تبديلات بنا كند و بر همين اساس فعاليت خود را از راهي كه اينشتين در نظريه نسبيت عام خود گشوده است، ادامه مي دهد. ولي قوانين گرانش اينشتين در واقع حالت غيرخطي دارند؛ از اين رو وارد كردن حالت غير خطي در اين روش (آنچنانكه مثلاً گرين بر آن سعي داشته است) بسيار طبيعي به نظر مي رسد. اينكه آيا يا آن روش به قانون جهان مورد نظر منتهي خواهد شد، نكته اي است كه آينده روشن خواهد كرد.

پي‌نوشت‌ها:

1. Annalen der physik
2. De Broglie

منبع مقاله :
ماکس، بورن؛ (1371)، نظريه ي نسبيت اينشتين، ترجمه ي هوشنگ گرمان، تهران: انتشارات علمي و فرهنگي، چاپ چهارم.