اینکه اجسام جرم خود را از کجا به دست میآورند یکی از عمیقترین اسرار طبیعت است. اکنون یک گروه از محققان فرضیه ای پیشنهاد کردهاند که بر مبنای آن جرم محصول تعامل میان ماده و خلا کوانتومی در کیهان است.
این نظریه در گذشته برای توضیح جرم حالت سکون مورد استفاده قرار گرفته بود. مقصود از جرم حالت سکون خاصیت مقاومت اجسام در مقابل تغییر سرعت (شتاب) است.
اما اکنون این نظریه برای تعریف جرم گرانشی نیز مورد استفاده قرار گرفته است. مقصود از جرم گرانشی نیرویی است که ماده یا یک جسم مادی در درون یک میدان جاذبه احساس میکند
سالهای سال نظر متعارف در میان دانشمندان دایر بر آن بود که چیزی که از آن با عنوان میدان هیگز یاد میکردند و معتقد بودند به وسیله ذرهای موسوم به بوزون هیگز تولید میشود مسوول بروز جرم در اجسام است
اما مشکلی که وجود دارد آن است که به رغم هزینه و زمان زیادی که صرف شده و استفاده زیادی که از دستگاههای شتابدهنده به عمل آمده هنوز هیچکس بوزون هیگز را در آزمایشگاه یا در عرصه کیهان ردیابی نکرده است
ذره هیگز در دهه ۱۹۷۰به افتخار فیزیکدان انگلیسی پیتر هیگز نام گذاری شده و فرض بر آن است که این ذره دو میدان الکترومغناطیس و اندرکنش ضعیف بین هسته ای را به یکدیگر پیوند میزند و یکی میسازد
در دهه ۱۹۹۰آلفونسو روئیدا از دانشگاه دولتی کالیفرنیا در لانگ بیچ و برنارد هایش که در آن هنگام در موسسه فیزیک و اخترفیزیک کالیفرنیا تحقیق می کرد و اکنون در موسسه “منی وان نت ورکس = ManyOne Networksشبکه های تکی-چندتایی” فعالیت میکند پیشنهاد کردند که یک میدان کاملا متفاوت موسوم به میدان خلا کوانتومی احتمالا مسوول تولید جرم است
این میدان که وجود آن به وسیله نظریه مکانیک کوانتومی پیش بینی شده، کمترین تراز و مقیاس انرژی در عالم به شمار میآید و به وسیله بقایای نوسانات الکترومغناطیس در هر جای کیهان به وجود میآید
به این میدان همچنین نام میدان نقطه صفر اطلاق شده و تصور میشود که این میدان خود را به صورت اقیانوسی از فوتونهای مجازی ظاهر میسازد که در سراسر کیهان دائم سر از این اقیانوس بیرون میآورند و لحظه ای میدرخشند و دوباره به اقیانوس عدم فرو میروند
روئیدا و هایش استدلال کردند که ذرات باردار مادی مانند الکترونها دائما به واسطه میدان صفر دچار نوسان و بالا و پائین رفتن میشوند اما این نوسانات به صورتی انجام میشود که اگر این ذرات با سرعتی ثابت نسبت به این میدان در حال حرکت باشند آنگاه اثر برآیندی این نوسانات صفر خواهد بود. به عبارت دیگر هیچ نیروی منتج مستقلی بر روی این ذرات عمل نمیکند
اما اگر ذرات در حال حرکت شتابدار باشند آنگاه بر اساس محاسباتی که در سال۱۹۹۴به وسیله این دو فیزیکدان به انجام رسیده بود، روشن میشد که تعداد فوتونهایی که از درون اقیانوس فوتونهی مجازی در برابر این ذرات ظاهر میشوند از تعداد فوتونهایی که در پشت سرشان قرار میگیرند بیشتر خواهد بود و به این ترتیب یک نیروی برآیند بر ذرات وارد خواهد شد که با حرکت ذرات مخالفت میکند و به این ترتیب موجب تولید جرم حالت سکون یا اینرسیال ذرات میشود
اما این تحقیق که در آن هنگام در نشریه فیزیکال ریویو به چاپ رسید تنها یک نوع جرم را توضیح میداد. اکنون فیزیکدانان مدعی شدهاند که از همین مکانیزم میتوان برای توضیح جرم گرانشی نیز استفاده به عمل آورد
یک جرم بسیار سنگین را در نظر بگیرید که ساختار زمان-مکان را در اطراف خود دچار خمش کرده است. درست نظیر یک وزنه سنگین که روی یک تشک فنری قرار داده شود این شی سنگین در عین حال میدان صفر یا میدان کوانتومی را نیز دچار خمش خواهد کرد بطوریکه ذره ای که در نزدیک این شی سنگین قرار دارد و در محدوده خمیدگی زمان-مکان که به وسیله آن ایجاد شده قرار گرفته در جهتی که رو به سمت شی دارد با شمار کمتری فوتون در این اقیانوس مجازی مواجه می شود تا در جهتی که دور تر از شی است
این امر بدین معناست که یک نیروی برآیند به ذره وارد میشود که آن را به سمت شی سنگین میراند و بنابراین ذره احساس میکند که در چنبر گرانش شی سنگین گیر کرده است، این نیرو همان جرم گرانشی یا وزن ذره را بوجود می آورد
به اعتقاد رویئدا و هایش که تحقیق اخیر خود را در نشریه علمی “آنالن در فیزیکی = Annalen der Physikسالنامه فیزیک” درج کردهاند این نظریه نشان میدهد سخن اینشتین در خصوص معادل بودن جرم گرانشی و جرم حاصل از شتاب درست بوده است
در جرم حاصل از شتاب این ذره است که در درون اقیانوس خلا یا میدان صفر با شتاب در حال حرکت است و در حالت جرم گرانشی این میدان صفر است که با همان شتاب ذره را در مینورد
به این ترتیب منشا تولید وزن ذرات مادی همان منشا تولید جرم حالت سکون آنها است
اما این فرضیه هنوز با موافقت دیگر فیزیکدانان روبرو نشده است. یکی از مسائل اصلی این فرضیه موقعیت خود میدان صفر است که راز سر به مهری است و درباره آن اطلاعات زیادی در دست نیست
کل انرژی ذخیره شده در این میدان به نحو حیرت انگیزی زیاد است و مقدار آن چنان است که میتواند کل کیهان را در خود مچاله کند و آن را همچون یک قلب تپنده به نوسانات ضرباهنگ دار وادارد
اما واضح است که چنین حالتی در کیهان مشاهده نمیشود. محدودیت دیگر این فرضیه آن است که تنها درباره ذرات باردار کاربرد دارد
شلدون گلاشو فیزیکدان برنده جایزه نوبل از دانشگاه بوستن درباره این فرضیه نظر منفی دارد
او میگوید: این فرضیه، به قول ولفگانگ پائولی حتی نادرست هم نیست
اما پائول وسن از دانشگاه استنفورد بر این باور است که رویکرد غیر متعارف روئیدا و هایش حاوی نکات درخور توجهی است. اما این دو تن باید شواهدی نیز در تایید آن ارائه دهند. به عنوان مثال اگر این دو تن یک پیش بینی بدیع با استفاده از نظریه خود ارائه دهند آنگاه همه نظرها به سمت فرضیه شان جلب خواهد شد
این نظریه در گذشته برای توضیح جرم حالت سکون مورد استفاده قرار گرفته بود. مقصود از جرم حالت سکون خاصیت مقاومت اجسام در مقابل تغییر سرعت (شتاب) است.
اما اکنون این نظریه برای تعریف جرم گرانشی نیز مورد استفاده قرار گرفته است. مقصود از جرم گرانشی نیرویی است که ماده یا یک جسم مادی در درون یک میدان جاذبه احساس میکند
سالهای سال نظر متعارف در میان دانشمندان دایر بر آن بود که چیزی که از آن با عنوان میدان هیگز یاد میکردند و معتقد بودند به وسیله ذرهای موسوم به بوزون هیگز تولید میشود مسوول بروز جرم در اجسام است
اما مشکلی که وجود دارد آن است که به رغم هزینه و زمان زیادی که صرف شده و استفاده زیادی که از دستگاههای شتابدهنده به عمل آمده هنوز هیچکس بوزون هیگز را در آزمایشگاه یا در عرصه کیهان ردیابی نکرده است
ذره هیگز در دهه ۱۹۷۰به افتخار فیزیکدان انگلیسی پیتر هیگز نام گذاری شده و فرض بر آن است که این ذره دو میدان الکترومغناطیس و اندرکنش ضعیف بین هسته ای را به یکدیگر پیوند میزند و یکی میسازد
در دهه ۱۹۹۰آلفونسو روئیدا از دانشگاه دولتی کالیفرنیا در لانگ بیچ و برنارد هایش که در آن هنگام در موسسه فیزیک و اخترفیزیک کالیفرنیا تحقیق می کرد و اکنون در موسسه “منی وان نت ورکس = ManyOne Networksشبکه های تکی-چندتایی” فعالیت میکند پیشنهاد کردند که یک میدان کاملا متفاوت موسوم به میدان خلا کوانتومی احتمالا مسوول تولید جرم است
این میدان که وجود آن به وسیله نظریه مکانیک کوانتومی پیش بینی شده، کمترین تراز و مقیاس انرژی در عالم به شمار میآید و به وسیله بقایای نوسانات الکترومغناطیس در هر جای کیهان به وجود میآید
به این میدان همچنین نام میدان نقطه صفر اطلاق شده و تصور میشود که این میدان خود را به صورت اقیانوسی از فوتونهای مجازی ظاهر میسازد که در سراسر کیهان دائم سر از این اقیانوس بیرون میآورند و لحظه ای میدرخشند و دوباره به اقیانوس عدم فرو میروند
روئیدا و هایش استدلال کردند که ذرات باردار مادی مانند الکترونها دائما به واسطه میدان صفر دچار نوسان و بالا و پائین رفتن میشوند اما این نوسانات به صورتی انجام میشود که اگر این ذرات با سرعتی ثابت نسبت به این میدان در حال حرکت باشند آنگاه اثر برآیندی این نوسانات صفر خواهد بود. به عبارت دیگر هیچ نیروی منتج مستقلی بر روی این ذرات عمل نمیکند
اما اگر ذرات در حال حرکت شتابدار باشند آنگاه بر اساس محاسباتی که در سال۱۹۹۴به وسیله این دو فیزیکدان به انجام رسیده بود، روشن میشد که تعداد فوتونهایی که از درون اقیانوس فوتونهی مجازی در برابر این ذرات ظاهر میشوند از تعداد فوتونهایی که در پشت سرشان قرار میگیرند بیشتر خواهد بود و به این ترتیب یک نیروی برآیند بر ذرات وارد خواهد شد که با حرکت ذرات مخالفت میکند و به این ترتیب موجب تولید جرم حالت سکون یا اینرسیال ذرات میشود
اما این تحقیق که در آن هنگام در نشریه فیزیکال ریویو به چاپ رسید تنها یک نوع جرم را توضیح میداد. اکنون فیزیکدانان مدعی شدهاند که از همین مکانیزم میتوان برای توضیح جرم گرانشی نیز استفاده به عمل آورد
یک جرم بسیار سنگین را در نظر بگیرید که ساختار زمان-مکان را در اطراف خود دچار خمش کرده است. درست نظیر یک وزنه سنگین که روی یک تشک فنری قرار داده شود این شی سنگین در عین حال میدان صفر یا میدان کوانتومی را نیز دچار خمش خواهد کرد بطوریکه ذره ای که در نزدیک این شی سنگین قرار دارد و در محدوده خمیدگی زمان-مکان که به وسیله آن ایجاد شده قرار گرفته در جهتی که رو به سمت شی دارد با شمار کمتری فوتون در این اقیانوس مجازی مواجه می شود تا در جهتی که دور تر از شی است
این امر بدین معناست که یک نیروی برآیند به ذره وارد میشود که آن را به سمت شی سنگین میراند و بنابراین ذره احساس میکند که در چنبر گرانش شی سنگین گیر کرده است، این نیرو همان جرم گرانشی یا وزن ذره را بوجود می آورد
به اعتقاد رویئدا و هایش که تحقیق اخیر خود را در نشریه علمی “آنالن در فیزیکی = Annalen der Physikسالنامه فیزیک” درج کردهاند این نظریه نشان میدهد سخن اینشتین در خصوص معادل بودن جرم گرانشی و جرم حاصل از شتاب درست بوده است
در جرم حاصل از شتاب این ذره است که در درون اقیانوس خلا یا میدان صفر با شتاب در حال حرکت است و در حالت جرم گرانشی این میدان صفر است که با همان شتاب ذره را در مینورد
به این ترتیب منشا تولید وزن ذرات مادی همان منشا تولید جرم حالت سکون آنها است
اما این فرضیه هنوز با موافقت دیگر فیزیکدانان روبرو نشده است. یکی از مسائل اصلی این فرضیه موقعیت خود میدان صفر است که راز سر به مهری است و درباره آن اطلاعات زیادی در دست نیست
کل انرژی ذخیره شده در این میدان به نحو حیرت انگیزی زیاد است و مقدار آن چنان است که میتواند کل کیهان را در خود مچاله کند و آن را همچون یک قلب تپنده به نوسانات ضرباهنگ دار وادارد
اما واضح است که چنین حالتی در کیهان مشاهده نمیشود. محدودیت دیگر این فرضیه آن است که تنها درباره ذرات باردار کاربرد دارد
شلدون گلاشو فیزیکدان برنده جایزه نوبل از دانشگاه بوستن درباره این فرضیه نظر منفی دارد
او میگوید: این فرضیه، به قول ولفگانگ پائولی حتی نادرست هم نیست
اما پائول وسن از دانشگاه استنفورد بر این باور است که رویکرد غیر متعارف روئیدا و هایش حاوی نکات درخور توجهی است. اما این دو تن باید شواهدی نیز در تایید آن ارائه دهند. به عنوان مثال اگر این دو تن یک پیش بینی بدیع با استفاده از نظریه خود ارائه دهند آنگاه همه نظرها به سمت فرضیه شان جلب خواهد شد
