عددی که فیزیکدانان را متحیر کرده است

سِر جیمز جین، ستاره‌شناسِ بریتانیایی یک‌بار گفت، «خدا یک ریاضیدانِ محض است.» دنیای فیزیک ظاهرا براساس روابط زیبای ریاضی سازماندهی شده است، ولی یک عدد بیش از همه مایۀ تحیّر فیزیکدانان بوده است: عددِ 137.03599913

بگذارید توضیح دهم. هروقت دانشمندان کمیتی را اندازه می‌گیرند، حتما واحد اندازه‌گیری آن را مشخص می‌کنند. مثلا، سرعت نور، 186 هزار مایل بر ثانیه یا 300 هزار کیلومتر بر ثانیه است. به‌همچنین، وزنِ شما ممکن است 150 پوند یا 68 کیلوگرم باشد. بدونِ مشخص کردن واحد‌هایی مثل مایل، کیلومتر، پوند یا کیلوگرم،‌ اعداد بی‌معنا می‌شوند ــ‌ مگر این‌که آن عدد «خالص» باشد.

بهترین نمونۀ شناخته شده از یک عدد خالص، از ترکیبِ سه تا از بنیادی‌ترین کمیت‌های طبیعت به دست می‌آید: سرعت نور، بار الکتریکی یک الکترونِ منفرد، و مقدار ثابت «پلانک» در مکانیک کوانتوم.

نمادهای این سه کمیت به‌ترتیب عبارتند از c، e و h. آن‌ها را در فرمولِ hc/2πe2 قرار می‌دهیم؛ واحدهای c، e و h حذف می‌شوند و عدد خالصِ 137.03599913 باقی می‌ماند. اگر c، e و h را دانشمندان سرزمین اسطوره‌ای وولکان با استفاده از واحدهای اسطوره‌ای وولکان می‌سنجیدند، بازهم رقمِ 137.03599913 به دست آمد. درنتیجه این عددِ شگفت‌انگیز، یک مقدار ثابتِ جهانی ‌ــ‌ یا احتمالا به قول جیمز جین «خداداد» ‌ــ‌ در طبیعت محسوب می‌شود.

سِر جیمز جین، ستاره‌شناسِ بریتانیایی یک‌بار گفت، «خدا یک ریاضیدانِ محض است.» اگر او امروز زنده بود، شاید به این نتیجه می‌رسید که خدا احتمالا یک ریاضیدانِ محض، ولی قدری هم دمدمی‌مزاج است.

فرمولِ hc/2πe2 آن‌قدر اهمیت دارد که برای خودش نام و نمادی مشخص داشته باشد. البته به دلایل تاریخی، به‌صورتِ معکوس یعنی 2πe2/hc = 1/137.03599913 مورد استفاده قرار می‌گیرد و با نام «ثابت ریزساختار» شناخته می‌شود و با حرف یونانی آلفا (α) نشان داده می‌شود.

حالا این آلفا به چه دردی می‌خورد؟ آلفا درواقع در سنجشِ قدرتِ تعاملِ ذراتِ بارداری مثل الکترون با میدان‌های مغناطیسی استفاده می‌شود. مثلا معین می‌کند که یک اتمِ برانگیخته، با چه سرعتی از خود فوتون منتشر می‌کند. اگر آلفا دو برابر بزرگتر باشد، اتم دوبرابر سریعتر دچار واپاشی می‌شود. آلفا همچنین مسیر یک ذرۀ باردار متحرک در یک میدان مغناطیسی را تعیین میکند؛ که این مبنای تشکیل تصویر در تلویزیون‌های قدیمی است.

آلفا همچنین برای بررسی الگوی انتشار نور توسط اتم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. گردشِ الکترون به دور هستۀ اتم، میدان‌های مغناطیسی ایجاد می‌کند که به نوبۀ خود با الکترون‌های دیگرِ همان هسته تعامل می‌کند و منجر به تغییراتِ ظریفی در میزانِ انرژی آن‌ها می‌شود. این تغییرات، در طول‌موجِ نورِ ساطع‌شده از اتم، به‌صورت الگویی از شکاف‌های کوچک (موسوم به طول‌موج‌های گم‌شده) ظاهر می‌شود. اندازۀ این شکاف‌ها، متناسب با آلفاست، و به همین دلیل به آن ثابتِ ریزساختارِ می‌گویند. این ریزساختار در نور خورشید و ستارگان هم قابل مشاهده است.

ضمنا، آلفا سوالات نظری عمیقی ایجاد می‌کند. اگر آن را با یکی دیگر از نیروهای بنیادی یعنی جاذبه مقایسه کنیم، نسبت‌شان خیلی بزرگ است ‌ــ‌ حدود 1040 ‌ــ‌ که نشان می‌دهد نیروی جاذبه درمقایسه با نیروهای الکتریکی و مغناطیسی، خیلی ضعیف است. فیزیکدانان و کیهان‌شناسان مدت‌های مدید در این فکر بوده‌اند که این ارقامِ 1/137.03599913 و 1040 از کجا می‌آیند. آیا اختیاری هستند یا از نظریه‌ای عمیق‌تر در کائنات نشات می‌گیرند؟

سِر جیمز جین، ستاره‌شناسِ بریتانیایی یک‌بار گفت، «خدا یک ریاضیدانِ محض است.»

از قدیم‌الایام سعی کرده‌اند آلفا را از فیزیکِ نظری استخراج کنند یا فرمولی ریاضی برای رسیدن به آن اختراع کنند. در دهۀ 1920، برای مدت کوتاهی گمان می‌رفت که آلفا دقیقا برابر 1/137 باشد؛ آرتور ادینگتون، ستاره‌شناس انگلیسی دنبالِ نظریه‌ای بود که هردو عدد 137 و 1040 را به‌طور طبیعی به دست دهد، ولی این ایده به جایی نرسید. بعدا در 1969 یک ریاضیدان جوان سوئیسی موسوم به آرماند وایلر گفت که: 

(9/16π3)(π/5!)¼

تقریبا برابر است با 1/137.036؛ این مقدار آلفایی بود در آن زمان می‌شناختند. ولی فرمولِ او مبنای نظریِ معتبری نداشت و نوعی شگفتی ریاضی درنظر گرفته می‌شد. از آن زمان تاکنون، تلاش‌های دیگری هم در مبحث علم‌الاعداد (عددشناسی) برای درکِ آلفا صورت گرفت که جامعۀ فیزیک به هیچ‌کدام‌شان توجه نکرده است.

پس رقمِ 1/137.03599913 چیست؟ آیا برای این‌که جهان درست کار کند، آلفا باید دقیقا همین مقدار باشد؟ چرا؟ و فرض کنید جادویی اتفاق بیفتد و فردا که از خواب بیدار شدیم، آلفا برابرِ 1/138 باشد، آیا اصلا فرقی به‌حال ما می‌کند؟

چند سال پیش، نظریه‌ای تازه درباب این مسئلۀ قدیمی ظاهر شد. جان وب و همکارانش در دانشگاه نیوساوث‌ولز، ساختار ریز در خطوطِ طیفیِ اجرام سماویِ فوق‌العاده دوردست را مفصل مورد بررسی قرار دادند. داده‌های تحلیل‌شده توسطِ وب، روشی برای سنجش مقدار آلفا در فاصلۀ فیزیکیِ میلیاردها سال نوری و در فاصلۀ زمانیِ میلیاردها سال به دست می‌دهد.

یافته‌های آن‌ها ممکن است دنیای فیزیک نظری را دگرگون کند. ظاهرا مقدار آلفا در بخش‌های مختلف کیهان، اندکی متفاوت است، که این تلویحا یعنی ثابتِ ریزساختار، در واقع «ثابت» نیست بلکه در فواصل و زمان‌های کیهانی، مقدار آن متغیر است.

هرچند فعلا زود است که کتب درسی را بازنویسی کرد، تصورِ این‌که اعدادِ خالص و حیاتیِ طبیعت، ممکن است «متغیر» از آب درآیند، بسیار بحث‌انگیز شده است. اگر جیمز جین امروز زنده بود، شاید به این نتیجه می‌رسید که خدا احتمالا یک ریاضیدانِ محض، ولی قدری دمدمی‌مزاج است.

 

برچسب خورده

1,405 پاسخ

  1164. It’s a pity you don’t have a donate button! I’d most certainly donate to this superb blog! I suppose for now i’ll settle for bookmarking and adding your RSS feed to my Google account. I look forward to brand new updates and will share this blog with my Facebook group. Talk soon!

    پاسخ

  1172. Hi! I could have sworn I’ve visited your blog before but after going through some of the posts I realized it’s new to me. Anyways, I’m certainly happy I discovered it and I’ll be bookmarking it and checking back regularly!

    پاسخ

  1179. Magnificent goods from you, man. I’ve understand your stuff previous to and you’re just too fantastic. I really like what you have acquired here, certainly like what you’re saying and the way in which you say it. You make it enjoyable and you still take care of to keep it smart. I can’t wait to read far more from you. This is actually a wonderful website.

    پاسخ

  1182. Write more, thats all I have to say. Literally, it seems as though you relied on the video to make your point. You definitely know what youre talking about, why throw away your intelligence on just posting videos to your site when you could be giving us something enlightening to read?

    پاسخ

  1183. Its like you read my mind! You appear to know a lot about this, like you wrote the book in it or something. I think that you can do with some pics to drive the message home a little bit, but other than that, this is fantastic blog. A fantastic read. I will certainly be back.

    پاسخ

  1185. Does your website have a contact page? I’m having trouble locating it but, I’d like to shoot you an email. I’ve got some creative ideas for your blog you might be interested in hearing. Either way, great blog and I look forward to seeing it grow over time.

    پاسخ

  1214. Yesterday, while I was at work, my sister stole my iPad and tested to see if it can survive a forty foot drop, just so she can be a youtube sensation. My iPad is now broken and she has 83 views. I know this is entirely off topic but I had to share it with someone!

    پاسخ

  1240. Howdy! This blog post couldn’t be written much better! Going through this post reminds me of my previous roommate! He constantly kept talking about this. I will forward this information to him. Pretty sure he’s going to have a good read. Thanks for sharing!

    پاسخ

  1241. Hi there! I know this is somewhat off topic but I was wondering which blog platform are you using for this website? I’m getting sick and tired of WordPress because I’ve had problems with hackers and I’m looking at alternatives for another platform. I would be fantastic if you could point me in the direction of a good platform.

    پاسخ

  1258. Hello would you mind stating which blog platform you’re working with? I’m looking to start my own blog soon but I’m having a hard time deciding between BlogEngine/Wordpress/B2evolution and Drupal. The reason I ask is because your design seems different then most blogs and I’m looking for something completely unique. P.S My apologies for getting off-topic but I had to ask!

    پاسخ

  1273. Портал для туристов https://aliana.com.ua для путешественников: направления, маршруты, советы и лайфхаки. Подбор отелей, билетов и экскурсий, идеи для отдыха и полезные рекомендации. Планируйте поездки легко и открывайте новые страны с комфортом.

    پاسخ

  1290. It is perfect time to make a few plans for the longer term and it is time to be happy. I’ve read this submit and if I may just I desire to counsel you few interesting issues or suggestions. Maybe you can write next articles regarding this article. I desire to read more things about it!

    پاسخ

  1303. best crypto signals should include more than just a coin name and direction. Before paying for any group, I’d compare how they perform during good and bad weeks. Good calls need entry range, stop loss, targets, and some reasoning. Without those details, you are basically gambling on someone else’s message. Use signals as a tool, not as a guarantee.

    پاسخ

  1305. Hello there! This is my first comment here so I just wanted to give a quick shout out and say I truly enjoy reading your posts. Can you recommend any other blogs/websites/forums that deal with the same subjects? Thanks!

    پاسخ

  1307. Hey there! I just wanted to ask if you ever have any trouble with hackers? My last blog (wordpress) was hacked and I ended up losing a few months of hard work due to no data backup. Do you have any solutions to prevent hackers?

    پاسخ

  1312. Excellent goods from you, man. I have take into accout your stuff previous to and you are just extremely magnificent. I really like what you’ve bought right here, really like what you are saying and the best way through which you are saying it. You are making it entertaining and you still care for to keep it sensible. I cant wait to learn far more from you. This is really a great web site.

    پاسخ

  1337. Hi exceptional blog! Does running a blog similar to this take a large amount of work? I’ve absolutely no understanding of programming however I was hoping to start my own blog soon. Anyways, if you have any suggestions or techniques for new blog owners please share. I understand this is off topic nevertheless I simply needed to ask. Kudos!

    پاسخ

  1345. Нужен финаносвый план? https://financedirector.by/investicionnyj-biznes-plan-struktura-i-primer-dlja-investorov/ подробное объяснение структуры документа, его роли в привлечении инвесторов, получении кредита и запуске бизнеса. Узнайте, какие разделы включает бизнес-план, какие расчеты нужны и как он помогает оценить прибыльность проекта.

    پاسخ

  1365. Быстрая профессиональная монтаж видеонаблюдения в калининграде для квартир, домов, офисов и коммерческих объектов. Проектирование, монтаж и настройка систем безопасности, удалённый доступ, запись видео и контроль в реальном времени. Надёжные решения для защиты имущества и контроля территории.

    پاسخ

  1376. Онлайн-сервис оценки недвижимости https://shalmach.pro по фотографиям для покупки, аренды и планирования ремонта. Узнайте ориентировочную стоимость жилья, возможные вложения и рекомендации перед принятием решения.

    پاسخ

  1393. naturally like your web site but you need to test the spelling on quite a few of your posts. Many of them are rife with spelling problems and I find it very bothersome to tell the reality on the other hand I’ll surely come again again.

    پاسخ

  1398. Just want to say your article is as astounding. The clarity for your put up is simply spectacular and i can think you are knowledgeable on this subject. Fine along with your permission allow me to snatch your feed to stay up to date with drawing close post. Thanks one million and please carry on the gratifying work.

    پاسخ

  1404. Hey just wanted to give you a quick heads up. The text in your article seem to be running off the screen in Opera. I’m not sure if this is a format issue or something to do with browser compatibility but I thought I’d post to let you know. The design look great though! Hope you get the problem resolved soon. Many thanks

    پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *