موضوعات این مطلب :
عملی
,
هوافضا
,
شاید فیلم «نظریه‌ی همه‌چیز» (Theory of Everything) را دیده باشید. فیلمی که زندگی استیفن هاوکینگ، کیهان‌شناس معروف را به تصویر کشیده و نشان می‌دهد که با وجود معلولیت چگونه توانسته به چنین چهره‌ی برجسته‌ای تبدیل شود. هاوکینگ از جمله دانشمندانی است که سال‌ها روی رسیدن به تک نظریه‌ای که بتواند توضیح دهنده‌ی همه‌ی پدیده‌های عالم باشد کار کرده. نظریه‌ای که می‌تواند دلیل هر اتفاقی در کیهان را به ما توضیح دهد. قبل از هاوکینگ هم دانشمندان زیادی در این راه تلاش کرده بودند. از جمله آلبرت اینشتین که در این راه کوشید، ولی نتوانست به آن برسد. اگر واقعا نظریه‌ی همه‌چیز پیدا شود، دستاورد بزرگی برای بشر خواهد بود، چرا که می‌تواند باعث معنی‌دار شدن هر پدیده‌ای که در جهان اطرافمان می‌بینیم، شود. دهه‌هاست که بعضی از فیزیک‌دان‌ها می‌گویند در آستانه‌ی رسیدن به آن هستیم. واقعا این‌طور است؟ آیا می‌توانیم به نظریه‌ای برسیم که همه‌چیز، از نحوه‌ی حرکت کهکشان‌ها و ستاره‌ها گرفته تا رشد درختان روی زمین و شکل عملکرد مغز انسان را توصیف کند؟
رسیدن به نظریه‌ای واحد برای همه‌چیز، کاملا قابل فهم و دست‌یافتنی به نظر می‌رسد. بدین خاطر که طبیعت قوانین بنیادین خیلی کمی دارد و این قوانین کم خیلی ساده هستند. در عالم فقط چهار نیروی بنیادین وجود دارد. نیروی گرانش، نیروی الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای قوی و هسته‌ای ضعیف هستند که باعث می‌شوند عالم این‌طور که می‌بینیم کار کند. با این حال در اطرافمان پیچیدگی‌های زیادی مشاهده می‌کنیم. برای رسیدن به نظریه‌ی همه‌چیز باید این پیچیدگی‌ها را کنار بگذاریم و قوانین ساده‌ی موجود در پس آن‌ها را ببینیم.
سراب مکانیک نیوتونی
در سال ۱۶۸۷، بسیاری از دانشمندان فکر می‌کردند که به نظریه‌ی توصیف کننده‌ی همه‌چیز رسیده‌اند. آیزاک نیوتون کتابی منتشر کرد و در آن توضیح داد که گرانش چگونه کار و اجرام تحت تاثیر آن به چه شکلی حرکت می‌کنند. کتاب او «اصول ریاضی و فلسفه‌ی طبیعی» نام داشت و به نوعی قوانین ریاضی فلسفه‌ی طبیعی را تبیین کرد. او در این کتاب نشان داد که جهان ما چقدر منظم است و همه‌چیز چقدر زیبا در رابطه‌ی علت و معلولی کار می‌کند.
طبق یک داستان معروف، نیوتون ۲۳ ساله بود که داشت در باغی قدم می‌زد. سیبی از درخت به زمین افتاد و او را به فکر فرو برد. دانشمندان آن زمان هم می‌دانستند که زمین اجرام را به سوی خود می‌کشد. ولی نیوتون این ایده را فراتر برد و گسترش داد. طبق گفته‌ی «جان کندویت» که سال‌ها دستیار نیوتون بود، دیدن صحنه‌ی افتادن سیب روی زمین این ایده را در ذهن نیوتون بوجود آورد که نیروی گرانش فقط به سطح زمین محدود نمی‌شود و می‌توان آن را به فواصل خیلی زیاد و کل منظومه‌ی شمسی تعمیم داد. نقل است که نیوتون گفته بود: «چرا این نیرو نباید بتواند تا ماه برود؟»
نیوتون قانون گرانشی خلق کرد که برای سیب روی زمین و سیاره‌هایی که دور خورشید می‌گردند، یکسان بود. هرچند این اجرام خیلی با هم فرق دارند و ابعاد آن‌ها به شدت متفاوت است، ولی از قوانین یکسانی پیروی می‌کنند. نیوتون در این کتاب سه قانون را بیان کرد و در آن‌ها توضیح داد که اجرام چگونه حرکت می‌کنند. این قوانین می‌گفتند که وقتی یک توپ را به هوا می‌اندازید چگونه حرکت می‌کند و چه شکلی به زمین باز می‌گردد. یا اینکه چرا ماه در مدار زمین گردش می‌کند.
مردم خیلی سریع فکر کردند که با این سه قانون تقریبا هرچیزی را می‌شود توصیف کرد. کافی بود موقعیت و سرعت هر ذره در جهان را داشته باشید تا بتوانید در زمانی دیگر، موقعیت و سرعت آن را حساب کنید. طبق این منطق اگر یک ابرکامپیوتر فرضی خیلی قدرتمند داشته باشید، این کامپیوتر باید بتواند با داشتن موقعیت و سرعت هر ذره در جهان، موقعیت و سرعت آن برای زمانی در آینده یا گذشته را حساب کند. بنابراین دیگر در جهان هیچ‌چیزی غیر قابل پیش‌بینی نیست و مکانیک نیوتونی می‌تواند هرچیزی را در جهان، حتی تفکر انسان‌ها را هم توضیح دهد. ولی نیوتون به مشکلات قوانین خود آگاه بود. برای مثال گرانش نمی‌تواند توضیح دهد چرا ذرات کوچک می‌توانند در کنار هم باقی بمانند. گرانش نیروی ضعیفی است و نمی‌تواند این جاذبه‌ی نزدیک را بین ذرات یک جسم کوچک مثل یک سیب بوجود آورد. در ضمن هرچند که نیوتون می‌توانست توضیح بدهد در حرکت اجرام چه اتفاقی می‌افتد، ولی نمي‌توانست به چگونگی و چرایی آن پاسخ دهد. نظریه‌ی نیوتون ناکامل به نظر می‌رسید.
علاوه بر این‌ها یک مشکل بزرگتر هم وجود داشت. قوانین نیوتون به خوبی توانسته بودند حرکت بیشتر اجرام عالم را توصیف و پیش‌بینی کنند. ولی مواردی هم بود که نمي‌توانستند توضیح بدهند. این موارد نادر بودند و مربوط به اجرامی می‌شدند که سرعت خیلی زیادی داشتند یا تحت گرانش خیلی قوی بودند.
یکی از این مشکلات در پیش‌بینی مدار عطارد، نزدیک‌ترین سیاره به خورشید پدیدار شد. قوانین نیوتون به خوبی توانایی پیش‌بینی مدار همه‌ی سیارات را دارند. ولی عطارد از این قانون مستثنی است و مدار آن با مکانیک نیوتونی دقیقا قابل پیش‌بینی نیست. این خللی بزرگ در قانون گرانش جهان‌شمول نیوتون به حساب آمد.
