بينهايت مفهومي زيباست، ولي فيزيک را به دردسر انداخته!
ماکس تگمارک نويسنده ي اين مطلب کوتاه، کيهانشناس معاصر و شهيري ست که در دنياي علم به زبان ساده با کتاب‌ها، مقاله‌ها و سخنراني‌هايش نامي در نام‌ها دارد. اين مطلب از زبان خودش در مورد برخوردش با مفهوم بينهايت است که يکي از کليدي ترين و بزرگترين مشکلات فيزيک نوين، بخصوص در نظريه‌ي ميدان‌هاي کوانتمي‌ست. وقتي کم سن و سال بودم بي نهايت مرا به خودش جذب کرد. اثبات قُطري جرج کانتور نشان داد که بعضي از بي نهايت‌ها بزرگتر از ديگر بينهايتها هستند و همين مرا هيپنوتيزم کرد. سلسله مراتب بي نهايت‌هاي بي نهايت هم مغزم را منفجر کرد! فرض وجود واقعي بي نهايت در طبيعت، در دوره‌هاي درسي فيزيک آمده، که من هم در MIT آن‌ها را درس مي‌دهم. ولي بي نهايت مفهومي بدون آزمايش است که يک سؤال از آن بر مي‌خيزد: واقعاً درست است؟
بحراني در فيزيک
در واقع دو فرض جداگانه وجود دارند: «بينهايت بزرگ» و «بي نهايت کوچک». از بينهايت بزرگ منظورم اين است فضا حجمي بينهايت دارد که زمان تا ابد طي ميشود و مي تواند بينهايت جسم فيزيکي در آن وجود داشته باشد از بينهايت کوچک منظورم اين است که تسلسل (ايده‌اي که حتي يک ليتر از فضا بينهايت نقطه دارد)، فضايي ست که مي تواند بدون هيج اتفاق بدي بي نهايت کشيده شود و کميت‌هايي در طبيعت هستند که مي توانند به طور پيوسته تغيير کنند. اين دو فرض ارتباط بسيار نزديکي بهم دارند زيرا تورم، يکي از قابل قوبل ترين توضيح‌هايي که براي بعد از انفجار بزرگ ارائه شده، با کِش آمدن تا بينهايت فضا تا بينهايت مي‌تواند حجم به خود بگيرد. نظريه‌ي تورم موفقيتي بي بديل داشته و منجر به جايزه نوبل هم شده. اين نظريه بر آن است که مجموعه اي زيراتمي از ماده به انفجار بزرگ منجر مي شود، و عالمي عظيم، تخت، و يکنواخت را به وجود مي‌آورد، چگالي کوچکي اختلال ايجاد مي‌کند و به زيبايي با رصدهايي چون PLANK و BICEP2 با دقت بسيار بالايي همخواني دارد. ولي با پيش بيني فضايي که نه فقط بزرگ است بلکه به واقع بينهايت در آن ميگنجد، تورم هم مسئله‌ي اندازه گيري دارد که من آن را جزو بهترين نقدهاي پيشروي فيزيک نوين مي‌دانم.
BICEP2- در منابع مطلبي در مشاهده علمي ارجاع داده شد که جزييات بيشتر را در آن مي‌خوانيد.
کار فيزيک پيش بيني آينده از شواهد گذشته است، ولي به نظر مي‌رسد تورم کمي خرابکار است. وقتي سعي مي‌کنيم احتمال چيز خاصي را که روي خواهد داد، پيش بيني کنيم، تورم همواره همان جواب بيهوده را مي‌دهد: بي نهايت تقسيم بر بي نهايت! مسئله اين است که هر آزمايشي که طراحي مي‌کنيد، تورم پيش بيني مي کند که بايد بي نهايت کپي از شما در فضاي بينهايت ما باشد! هر احتمال محاسبه ميشود و يک خروجي دارد، و برخلاف سال‌هاي پُرزحمت جامعه‌ي کيهانشناسي، هيچ اجماعي از جواب‌هاي قابل درک اين بينهايتها به دست نيامد. پس ما فيزيکدانها نميتوانيم اصلاً چيزي را پيش بيني کنيم. اين بدان معناست که بهترين نظريه هاي امروزي با فرضهاي نادرست قديمي به لرزه در ميايند! کداميک اولين مضنون من اينجاست: بينهايت!
بينهايت وجود ندارد!
نوار نخي را نمي‌توان تا بينهايت کشيد، چون گرچه به نظر مي‌رسد نرم و پيوسته است، ولي فقط يک تقريب خفيف به حساب مي‌آيد. در واقع از اتم تشکيل شده و اگر خيلي آن را بکشانيد، پاره ميشود. اگر به طور مشابه ايده را کنار بگذاريم که فضا به خودي خود، بينهايت و پيوسته کشيده شود و مشکل اندازه گيري وجود خارجي نخواهد داشت. بدون تورم‌هاي بينهايت کوچک تورم بينهايت بزرگي وجود نخواهد داشت (اين مسئله در کنار مسائل ديگر فيزيک نوين، مانند چگالي‌هاي بينهايت سياه‌چاله‌ها ناشي از تکنيگي‌ها و بي‌نهايت‌هايي که گرانش را کوانتيزه مي‌کنيم و ظاهر مي‌شوند). در گذشته، بسياري از رياضيدانان پيشتاز، مفهوم پيوستگي و بينهايت را به ديده‌ي شک مي‌نگريستند. اسطوره‌اي مانند کارل فردريش گاؤس قبول نداشت که واقعاً هيچ بي‌نهايتي وجود دارد «بينهايت به تنهايي فقط در گفتار استفاده ميشود» و «من مخالف استفاده از مقدارهاي بي‌نهايتي که چيزي را کامل کنند و در رياضيات هرگز مورد پذيرش نبوده‌اند، هستم».
Sam Chivers, Quanta Magazine
منبع:
Max Tegmark
منابع مفيد:
گرانش کوانتمي
سفر در زمان بودن کرمچاله هرگز!
کشف امواج گرانشي: خطا يا واقعيت؟