هر فردي درباره ي سيب نيوتن شنيده است. وي در يكي از روزهاي پاييز 1666 ميلادي به زمين افتادن سيب را مشاهده كرد و همين موضوع سؤالاتي را براي او مطرح كرد.
نيوتن با خود فكر كرد: "چرا سيب بايد هميشه به طور عمودي به زمين بيفتد؟ چرا نبايد به اطراف يا به طرف بالا برود و همواره به سمت مركز زمين سقوط مي كند؟"
سؤالي كه نيوتن از خود نپرسيد اين بود كه آيا سيب ها و پرتقال ها به طور متفاوتي مي افتند؟ و يا اين كه آيا يك سيب در فصل بهار طور ديگري مي افتد؟ اينها مسائل عجيبي به نظر مي رسند ولي آلن كاستلسكي (2)، فيزيكدان دانشگاه اينديانا، تصور مي كند كه اين نكات داراي اهميت هستند. اين فيزيكدان و يكي از دانشجويان سابق وي دريافته اند كه چنين اشتباهات فاحشي درباره ي بهترين نظريه ما، يعني جاذبه، باعث شده كه به آساني طي قرن ها از كشفيات جديد سرباز زده شود.
بررسي هاي بيشتر از جمله مقاله اي كه در نشريه ي Physical Review Letters آمده، نشان مي دهد كه چنين احتمالاتي به ما كمك مي كند تا با شگفتي هاي بيشتري در جهان آفرينش آشنا شويم.
كاستلسكي مي گويد: "ما به يك كشف اعجاب انگيز و لذت بخش دست يافتيم".
اين اوج كار كاستلسكي در طول 20 سال بود. در سال 1989 وي به اين فكر افتاد كه چطور مي توان به وجود يك اشتباه در بهترين ادراك ما از عالم در قالب دو نظريه ي بزرگ و مشهور پي برد. اولي، نسبيت عام، نظريه ي اينشتين درباره ي چگونگي عملكرد جاذبه زمين بود. ديگري، مدل استاندارد فيزيك ذرات اتمي بود كه به شرح كوانتومي مواد اطراف ما و همه ي نيروهاي ديگر به جز جاذبه مي پردازد.
در حال حاضر، نسبيت و مدل استاندارد ناقص هستند. هنگامي كه جاذبه قوي باشد، نسبيت كارايي ندارد؛ براي مثال در مورد توصيف مه بانگ (بيگ بنگ) (3)، يا قلب يك سياه چاله اين مسئله صدق مي كند. مدل استاندارد هم بايد آن قدر بسط داده شود تا به نقطه اي برسد كه بتوان اجرام ذرات بنيادي جهان را محاسبه كرد. اين دو نظريه ناقص هستند و داراي مفاهيم زماني كاملاً متفاوت اند. همين امر باعث شده كه نتوان اين دو را در قالب "نظريه ي كلي" يكي كرد.
مسئله اين است كه نسبيت و مدل استاندارد با وجود كاستي هايي كه دارند، نظريه هاي بسيار خوبي هستند. هر يك از آنها به طور جداگانه به صور كامل ترين پديده هاي فيزيكي معرفي شده به علم، وصف مي شوند. اگر ما بخواهيم بدانيم كه نظريه ي پيوند دهنده آنها چگونه است، بايد چيزهايي را پيدا كنيم كه آنها نمي توانند توضيح دهند. كاستلسكي مي گويد: "چالش اصلي، پيدا كردن آن پديده ها است." اين چيزي است كه وي فكر مي كند قادر به انجام آن است. آنها با حمله به يك قضيه ي مهم و تقريباً ثابت فيزيك به نام "تقارن لورنتس" (4)، كار خود را آغاز كردند. اين مطلب نشان مي دهد كه براي هر فردي كه با سرعت يكنواختي نسبت به شما حركت مي كند، با هر جهت فضايي، قوانين فيزيك يكسان هستند.
يكي از نتايج تقارن لورنتس آن است جهان بايد ايزوتروپيك باشد: به هر طرف كه نگاه يا حركت كنيد، همه ي اشيا كاملاً يكسان به نظر مي رسد و به طور همانند رفتار مي كنند. هيچ "بالا" يا "پاييني" وجود ندارد و هيچ جهتي وجود ندارد كه در آن نور، مردم يا سيارات بتوانند راحت تر حركت كنند.
تاكنون هيچ چيز در دنيا نتوانسته است تقارن لورنتس را نقض كند، ولي اين به معناي آن نيست كه قانون لورنتس نقض ناشدني است. اين فقط بدان معنا است كه ما تاكنون در جاي اشتباهي جست و جو كرده ايم و يا اين كه آزمايش هاي صورت گرفته در مورد نقض تقارن به اندازه ي كافي دقيق نبوده اند.
كاستلسكي به طور تصادفي به خرده گيري از تقارن لورنتس نپرداخته است. تلاش هاي متفاوت براي ايجاد يك نظريه ي كلي نشان داده كه تقارن لورنتس قابل نقض است. "نظريه ي ريسمان" و "گرانش كوانتومي حلقوي" از جمله معروف ترين اين دستاوردها هستند.
كاستلسكي اميد خود را به يك نظريه ي خاص و كلي محدود نكرده، بلكه در عوض رويكرد بازتري اتخاذ كرده كه به باور او به ما اين ايده را مي دهد كه در كجا به دنبال موارد نقض تقارن لورنتس بگرديم و نظريه هاي جديد ارائه دهيم.
كاستلسكي و همكارانش از نظريه ي نسبيت و مدل استاندارد به عنوان نقطه ي شروع استفاده كردند و سپس راه هاي نقض تقارن را نشان دادند. آنها مسئله را اين گونه مطرح مي كنند كه جهان با ميدان هاي نيرويي كه تاكنون ناشناخته مانده پر شده، كه اين نيرو به فضا يك جهت "مرجع" مي دهد و بنابراين تقارن را نقض مي كند. نتيجه، نظريه اي بود كه كاستلسكي آن را مدل استاندارد بسط يافته يا SME مي نامد.
SME با در برداشتن همه ي نيروها و ذرات شناخته شده و بيان چگونگي تعامل آنها با ميدان هاي جديد نيرو، نشان دهنده ي مجموعه اي از پديده هاي ناشناخته اي است كه مي توانند يك نقض قابل مشاهده از تقارن لورنتس را ارائه دهند. كاستلسكي مي گويد: "در حال حاضر، آزمايشگران مسير كار خود را از طريق فهرست ادامه مي دهند."
تاكنون آنها چيزي بدست نياورده و نتيجه عكس گرفته اند. محققان بررسي مي كنند كه آيا ساعت ها در جهت هاي خاص فضايي سريع تر حركت مي كنند، يا اين كه ميدان مغناطيسي يك ماده كه توسط ميدان الكترون هاي آن به وجود مي آيد، با تغيير جهت محور چرخش عوض مي شود يا خير.
با اين حال، اين امر به معناي آن نيست كه تصور كنيم ميدان هاي نيرو در SME وجود ندارند. برخي از ميدان ها ممكن است در فوتون ها نامرئي باشند ولي در ذرات ديگري مانند نوترون قابل مشاهده باشند. يا اين كه ممكن است يك ميدان به شدت با جاذبه تعامل نشان دهد ولي با الكترومغناطيس خير.
براي اين كه ببينيد اين نظريه چطور عمل مي كند، به ميدان هاي SME مورد نظر كاستلسكي بينديشيد - كه آن را "ميدان X" مي ناميم- كه در منظومه شمسي جاري است.
ميدان X، مانند يك ميدان مغناطيسي يا الكتريكي، داراي جهتي است كه مي توان آن را به صورت يك سري پيكان نشان داد. هنگامي كه يك نوترون يا پروتون از آن عبور مي كند چه اتفاقي مي افتد؟
در آغاز، اين ميدان مي بايست يك اثر نافذ بر چرخش ذره داشته باشد يا در خطر سير آن تغيير فازي كوچكي ايجاد كند. يا اين كه مي تواند به صورت انواع پاسخ هاي مختلفي باشد كه ذره به ميدان مي دهد.
ما هرگز به چنين تأثيراتي توجه نكرده ايم و بنابراين هيچ وقت چنين ميداني را كشف نكرديم. اما كاستلسكي متذكر مي شود كه شايد علت، آن است كه ما در مسير درست جست و جو نكرده ايم. اگر ميدان X و جاذبه ي خورشيد بر يكديگر اثر كنند، ممكن است اثرات مثبتي داشته باشد كه به آن توجه نكرده ايم. چنين تعاملي ميان ميدان X و جاذبه ي خورشيد مي تواند معدن بزرگي براي تحقيقات دانشمندان باشد. جديدترين محاسبات كاستلسكي نشان مي دهد كه اين تعاملات مي تواند موارد نقضي در تقارن ايجاد كند كه مقدار آن 30^10 برابر بزرگ تر از مواردي است كه محققان تاكنون تلاش كرده اند بيابند.
اگرچه در مقايسه با ساير نيروهاي بنيادي، جاذبه به طور حيرت آوري ضعيف است، ولي باز هم كشف موارد نقض دشوار است؛ بنابراين اختلافات ناشي از ميدان X هنوز به سختي قابل اندازه گيري هستند.
يكي از راه هايي كه مي توان شاهدي براي ميدان X پيدا كرد، تفاوت هاي كوچكي است كه در قدرت جاذبه در زمان هاي مختلف سال به وجود مي آيد. كاستلسكي مي گويد: "سيب در فصل هاي مختلف ممكن است با سرعت هاي متفاوت به زمين بيفتد و اين مي تواند يك تأثير چرخه اي باشد".
اين موضوع به علت آن است كه كشش گرانشي خورشيد مي تواند ميدان X را اندكي منحرف كند. طبق محاسبات كاستلسكي، جاذبه باعث مي شود نوك پيكان هاي ميدان X به سمت خورشيد باشد كه مقدار آن به قدرت ميدان گرانشي در آن مكان بستگي دارد (شكل ... را ببينيد). به وسيله ي آزمايش هايي كه طرح ريزي مناسبي دارند، مي توان كشف كرد كه چگونه در اثر گردش زمين به دور خورشيد و به علت دگرگوني در ميدان X در مكان هاي مختلف در فضا، رفتار يك ذره تغيير مي كند.
احتمال ديگري كه كاستلسكي مطرح مي كند، آن است كه ميدان X، ذره ها را به شيوه هاي مختلف تحت تأثير قرار مي دهد. براي مثال، هر نوع كوارك (6) ممكن است ميدان X را با درجات متفاوتي حس كند. يا اين كه تعداد الكترون هاي يك اتم تعيين كنند كه آن اتم چگونه با ميدان نيز با جاذبه جفت شود.
اين موضوع همچنين مي تواند تركيبي از چند عامل باشد- براي مثال ذرات سازه اي اتم ها و جايگاه آنها در فضا- كه جزئيات دقيق تري از چگونگي تركيب اجزا با ميدان X و جاذبه و اثرات پيش بيني شده را ارائه مي دهد. كاستلسكي مي گويد: "سيب ها و پرتقال ها ممكن است با سرعت هاي متفاوتي بيفتند."
آغاز تحقيق
مايك توبار، (7) فيزيكدان دانشگاه استراليا واحد غرب، مي گويد اگرچه احتمال تأييد آن كم است ولي مقاله ي كاستلسكي يك ديدگاه جديد و هيجان انگيز ارائه مي دهد. وي مي گويد: "اين يك پيشرفت مهم است." رونالد ولور (8) از دانشگاه هاروارد در تأييد اين مطلب مي گويد: "من پيش بيني مي كنم كه هم اكنون گروه هاي آزمايشي متعددي در حال بررسي اثرات پيشنهادي كاستلسكي هستند."
بنابراين آنها از كجا شروع مي كنند؟ از آنجا كه تأثيرات به صورت ناهنجاري در واكنش ذرات به جاذبه نمايان مي شوند، كاستلسكي و دستيارش پيشنهاد كرده اند كه نسخه ي اصلاح شده اي از قانون جهاني جاذبه ي نيوتن مورد آزمايش قرار گيرد. موضوع آن است كه ببينيم آيا اين قانون هنگامي كه در مورد تركيبات مختلف ذرات- پروتون، نوترون و الكترون- به كار مي رود ثابت و سازگار است يا خير. تاكنون بخش ناچيزي از اين گستره ي جديد از تأثيرات احتمالي مورد تحقيق قرار گرفته است.
يك نمونه از چنين تحقيقاتي توسط گروه اريك آدلبرگر (9) در دانشگاه واشنگتن واقع در سياتل صورت گرفته، كه در آن به تفاوت در شيوه هاي واكنش تيتانيوم و بريليوم نسبت به جاذبه پرداخته شده است.
كاستلسكي مي گويد: "آزمايش آدلبرگر به مقايسه ي افتادن هم زمان يك سيب و يك پرتقال مي پردازد."
اگر تفاوتي در كشش جاذبه براي اين عنصرهاي مختلف وجود داشته باشد، خيلي كم است. دليل تلاش محققان واشنگتن اين است كه آنها متخصص به كارگيري بسيار دقيق ترازوهاي پيچشي (10) هستند و بدين وسيله، با اندازه گيري كشش گرانشي بين دو جرم، به بررسي وضعيت آنها مي پردازند.
به منظور انجام چنين آزمايشي، آنها همچنين بايد ترازويشان را از ميدان هاي مغناطيسي و لرزش هاي آزمايشگاه هاي اطراف دور نگاه مي داشتند، و همچنين مي بايست كشش هاي گرانشي ناشي از سطح ايستايي آب هاي زير زميني را نيز كه در زمان هاي مختلف سال متفاوت است، جبران مي كردند.
با اين همه، در پايان آنها دريافتند كه هيچ تفاوتي در جفت شدن بريليوم و تيتانيوم با جاذبه وجود ندارد- دست كم در يك جزء از 100 ميليارد.
كاستلسكي بي باك عمل مي كند. آزمايش آدلبرگر تنها به بررسي يك نوع تعامل بين ميدان فرضي و جاذبه پرداخته است. كاستلسكي باور دارد كه آزمايش هاي انجام شده در زمان هاي مختلف سال مي توانند جنبه ي ديگري از جفت شدگي را نشان دهند. با تغيير فصل ها، جهت گيري نسبي سرعت زمين و پيكان هاي ميدان جاذبه به طور چشمگيري تغيير مي كنند.
اگر اين طرح شكست بخورد، گزينه هاي ديگري وجود دارد مانند ميدان پاد الكترون براي جداسازي تقارن جهان، كاستلسكي مي گويد: "سيب ها و ميوه هايي غير از سيب، با سرعت هاي متفاوتي مي افتند. بررسي اين نظريه حتي سخت تر هم هست: براي مثال در حال حاضر ما براي جمع آوري پاد الكترون كافي جهت تهيه ي جرم يك سيب، قابليت هاي لازم را نداريم. گرچه اتم هاي پاد هيدروژن ساخته شده اند و تلاش هايي در اين جهت صورت گرفته كه آيا اين نوع اتم ها با سرعتي متفاوت نسبت به هيدروژن سقوط مي كنند يا خير." كاستلسكي مي گويد: "در دهه ي آينده به نتايجي دست خواهيم يافت."
كاستلسكي به آزمايش هاي ديگري اشاره مي كند كه ممكن است ميدان هاي فرضي SME را نمايان سازند. حسگرهاي جاذبه ابررسانا، ليزرهايي كه فاصله ها را تا ماه بررسي مي كنند، تداخل سنج هاي اتمي و آزمايش هاي گرانشي ماهواره اي مانند microSCOPE و STEP يا هر اقدامي از اين دست، مي تواند به ما كمك كند كه دريابيم اين تقارن سخت در كجا قابل در هم شكستن است و نيز اين كه آن نظريه ي نهايي و دل فريب جهان آفرينش در چه موقعيتي خود را نمايان مي كند.
بسيار خوب، اين اميدبخش است. گرچه ولور موافق است كه چنين آزمايش هايي مهم هستند، ولي هنوز متقاعد نشده است كه موارد نقضي از تقارن را نشان مي دهند. وي مي گويد: "به هيچ وجه نمي توان مطمئن شد نقض تقارن ها وجود دارند، يا اين كه بشر هرگز بتواند آنها را بيابد."
آدلبرگر درباره ي موارد قابل پيش بيني نيز دقت نظر دارد، ولي فكر مي كند به هر حال بهتر است به جست و جو ادامه دهيم. وي باور دارد كه وفق دادن نسبيت با نظريه ي كوانتومي به قدري مهم است كه ما نمي توانيم هيچ يك از اصول اساسي را آزمايش نشده رها كنيم. آدلبرگر مي گويد: "به نظر مي رسد به احتمال زياد ما داريم مسئله ي مهمي را در فيزيك از دست مي دهيم." وي ادامه مي دهد: "اگر اثرات بزرگ نقض تقارن لورنتس وجود داشته باشند براي من شگفت آور خواهد بود. ولي بررسي اين كه آيا طبيعت به پيش داوري هاي ما اهميت مي دهد يا خير، قطعاً ارزشمند است."
نيوتن با خود فكر كرد: "چرا سيب بايد هميشه به طور عمودي به زمين بيفتد؟ چرا نبايد به اطراف يا به طرف بالا برود و همواره به سمت مركز زمين سقوط مي كند؟"
سؤالي كه نيوتن از خود نپرسيد اين بود كه آيا سيب ها و پرتقال ها به طور متفاوتي مي افتند؟ و يا اين كه آيا يك سيب در فصل بهار طور ديگري مي افتد؟ اينها مسائل عجيبي به نظر مي رسند ولي آلن كاستلسكي (2)، فيزيكدان دانشگاه اينديانا، تصور مي كند كه اين نكات داراي اهميت هستند. اين فيزيكدان و يكي از دانشجويان سابق وي دريافته اند كه چنين اشتباهات فاحشي درباره ي بهترين نظريه ما، يعني جاذبه، باعث شده كه به آساني طي قرن ها از كشفيات جديد سرباز زده شود.
بررسي هاي بيشتر از جمله مقاله اي كه در نشريه ي Physical Review Letters آمده، نشان مي دهد كه چنين احتمالاتي به ما كمك مي كند تا با شگفتي هاي بيشتري در جهان آفرينش آشنا شويم.
كاستلسكي مي گويد: "ما به يك كشف اعجاب انگيز و لذت بخش دست يافتيم".
اين اوج كار كاستلسكي در طول 20 سال بود. در سال 1989 وي به اين فكر افتاد كه چطور مي توان به وجود يك اشتباه در بهترين ادراك ما از عالم در قالب دو نظريه ي بزرگ و مشهور پي برد. اولي، نسبيت عام، نظريه ي اينشتين درباره ي چگونگي عملكرد جاذبه زمين بود. ديگري، مدل استاندارد فيزيك ذرات اتمي بود كه به شرح كوانتومي مواد اطراف ما و همه ي نيروهاي ديگر به جز جاذبه مي پردازد.
در حال حاضر، نسبيت و مدل استاندارد ناقص هستند. هنگامي كه جاذبه قوي باشد، نسبيت كارايي ندارد؛ براي مثال در مورد توصيف مه بانگ (بيگ بنگ) (3)، يا قلب يك سياه چاله اين مسئله صدق مي كند. مدل استاندارد هم بايد آن قدر بسط داده شود تا به نقطه اي برسد كه بتوان اجرام ذرات بنيادي جهان را محاسبه كرد. اين دو نظريه ناقص هستند و داراي مفاهيم زماني كاملاً متفاوت اند. همين امر باعث شده كه نتوان اين دو را در قالب "نظريه ي كلي" يكي كرد.
مسئله اين است كه نسبيت و مدل استاندارد با وجود كاستي هايي كه دارند، نظريه هاي بسيار خوبي هستند. هر يك از آنها به طور جداگانه به صور كامل ترين پديده هاي فيزيكي معرفي شده به علم، وصف مي شوند. اگر ما بخواهيم بدانيم كه نظريه ي پيوند دهنده آنها چگونه است، بايد چيزهايي را پيدا كنيم كه آنها نمي توانند توضيح دهند. كاستلسكي مي گويد: "چالش اصلي، پيدا كردن آن پديده ها است." اين چيزي است كه وي فكر مي كند قادر به انجام آن است. آنها با حمله به يك قضيه ي مهم و تقريباً ثابت فيزيك به نام "تقارن لورنتس" (4)، كار خود را آغاز كردند. اين مطلب نشان مي دهد كه براي هر فردي كه با سرعت يكنواختي نسبت به شما حركت مي كند، با هر جهت فضايي، قوانين فيزيك يكسان هستند.
يكي از نتايج تقارن لورنتس آن است جهان بايد ايزوتروپيك باشد: به هر طرف كه نگاه يا حركت كنيد، همه ي اشيا كاملاً يكسان به نظر مي رسد و به طور همانند رفتار مي كنند. هيچ "بالا" يا "پاييني" وجود ندارد و هيچ جهتي وجود ندارد كه در آن نور، مردم يا سيارات بتوانند راحت تر حركت كنند.
تاكنون هيچ چيز در دنيا نتوانسته است تقارن لورنتس را نقض كند، ولي اين به معناي آن نيست كه قانون لورنتس نقض ناشدني است. اين فقط بدان معنا است كه ما تاكنون در جاي اشتباهي جست و جو كرده ايم و يا اين كه آزمايش هاي صورت گرفته در مورد نقض تقارن به اندازه ي كافي دقيق نبوده اند.
كاستلسكي به طور تصادفي به خرده گيري از تقارن لورنتس نپرداخته است. تلاش هاي متفاوت براي ايجاد يك نظريه ي كلي نشان داده كه تقارن لورنتس قابل نقض است. "نظريه ي ريسمان" و "گرانش كوانتومي حلقوي" از جمله معروف ترين اين دستاوردها هستند.
كاستلسكي اميد خود را به يك نظريه ي خاص و كلي محدود نكرده، بلكه در عوض رويكرد بازتري اتخاذ كرده كه به باور او به ما اين ايده را مي دهد كه در كجا به دنبال موارد نقض تقارن لورنتس بگرديم و نظريه هاي جديد ارائه دهيم.
كاستلسكي و همكارانش از نظريه ي نسبيت و مدل استاندارد به عنوان نقطه ي شروع استفاده كردند و سپس راه هاي نقض تقارن را نشان دادند. آنها مسئله را اين گونه مطرح مي كنند كه جهان با ميدان هاي نيرويي كه تاكنون ناشناخته مانده پر شده، كه اين نيرو به فضا يك جهت "مرجع" مي دهد و بنابراين تقارن را نقض مي كند. نتيجه، نظريه اي بود كه كاستلسكي آن را مدل استاندارد بسط يافته يا SME مي نامد.
SME با در برداشتن همه ي نيروها و ذرات شناخته شده و بيان چگونگي تعامل آنها با ميدان هاي جديد نيرو، نشان دهنده ي مجموعه اي از پديده هاي ناشناخته اي است كه مي توانند يك نقض قابل مشاهده از تقارن لورنتس را ارائه دهند. كاستلسكي مي گويد: "در حال حاضر، آزمايشگران مسير كار خود را از طريق فهرست ادامه مي دهند."
تاكنون آنها چيزي بدست نياورده و نتيجه عكس گرفته اند. محققان بررسي مي كنند كه آيا ساعت ها در جهت هاي خاص فضايي سريع تر حركت مي كنند، يا اين كه ميدان مغناطيسي يك ماده كه توسط ميدان الكترون هاي آن به وجود مي آيد، با تغيير جهت محور چرخش عوض مي شود يا خير.
با اين حال، اين امر به معناي آن نيست كه تصور كنيم ميدان هاي نيرو در SME وجود ندارند. برخي از ميدان ها ممكن است در فوتون ها نامرئي باشند ولي در ذرات ديگري مانند نوترون قابل مشاهده باشند. يا اين كه ممكن است يك ميدان به شدت با جاذبه تعامل نشان دهد ولي با الكترومغناطيس خير.
براي اين كه ببينيد اين نظريه چطور عمل مي كند، به ميدان هاي SME مورد نظر كاستلسكي بينديشيد - كه آن را "ميدان X" مي ناميم- كه در منظومه شمسي جاري است.
ميدان X، مانند يك ميدان مغناطيسي يا الكتريكي، داراي جهتي است كه مي توان آن را به صورت يك سري پيكان نشان داد. هنگامي كه يك نوترون يا پروتون از آن عبور مي كند چه اتفاقي مي افتد؟
در آغاز، اين ميدان مي بايست يك اثر نافذ بر چرخش ذره داشته باشد يا در خطر سير آن تغيير فازي كوچكي ايجاد كند. يا اين كه مي تواند به صورت انواع پاسخ هاي مختلفي باشد كه ذره به ميدان مي دهد.
ما هرگز به چنين تأثيراتي توجه نكرده ايم و بنابراين هيچ وقت چنين ميداني را كشف نكرديم. اما كاستلسكي متذكر مي شود كه شايد علت، آن است كه ما در مسير درست جست و جو نكرده ايم. اگر ميدان X و جاذبه ي خورشيد بر يكديگر اثر كنند، ممكن است اثرات مثبتي داشته باشد كه به آن توجه نكرده ايم. چنين تعاملي ميان ميدان X و جاذبه ي خورشيد مي تواند معدن بزرگي براي تحقيقات دانشمندان باشد. جديدترين محاسبات كاستلسكي نشان مي دهد كه اين تعاملات مي تواند موارد نقضي در تقارن ايجاد كند كه مقدار آن 30^10 برابر بزرگ تر از مواردي است كه محققان تاكنون تلاش كرده اند بيابند.
اگرچه در مقايسه با ساير نيروهاي بنيادي، جاذبه به طور حيرت آوري ضعيف است، ولي باز هم كشف موارد نقض دشوار است؛ بنابراين اختلافات ناشي از ميدان X هنوز به سختي قابل اندازه گيري هستند.
يكي از راه هايي كه مي توان شاهدي براي ميدان X پيدا كرد، تفاوت هاي كوچكي است كه در قدرت جاذبه در زمان هاي مختلف سال به وجود مي آيد. كاستلسكي مي گويد: "سيب در فصل هاي مختلف ممكن است با سرعت هاي متفاوت به زمين بيفتد و اين مي تواند يك تأثير چرخه اي باشد".
اين موضوع به علت آن است كه كشش گرانشي خورشيد مي تواند ميدان X را اندكي منحرف كند. طبق محاسبات كاستلسكي، جاذبه باعث مي شود نوك پيكان هاي ميدان X به سمت خورشيد باشد كه مقدار آن به قدرت ميدان گرانشي در آن مكان بستگي دارد (شكل ... را ببينيد). به وسيله ي آزمايش هايي كه طرح ريزي مناسبي دارند، مي توان كشف كرد كه چگونه در اثر گردش زمين به دور خورشيد و به علت دگرگوني در ميدان X در مكان هاي مختلف در فضا، رفتار يك ذره تغيير مي كند.
احتمال ديگري كه كاستلسكي مطرح مي كند، آن است كه ميدان X، ذره ها را به شيوه هاي مختلف تحت تأثير قرار مي دهد. براي مثال، هر نوع كوارك (6) ممكن است ميدان X را با درجات متفاوتي حس كند. يا اين كه تعداد الكترون هاي يك اتم تعيين كنند كه آن اتم چگونه با ميدان نيز با جاذبه جفت شود.
اين موضوع همچنين مي تواند تركيبي از چند عامل باشد- براي مثال ذرات سازه اي اتم ها و جايگاه آنها در فضا- كه جزئيات دقيق تري از چگونگي تركيب اجزا با ميدان X و جاذبه و اثرات پيش بيني شده را ارائه مي دهد. كاستلسكي مي گويد: "سيب ها و پرتقال ها ممكن است با سرعت هاي متفاوتي بيفتند."
آغاز تحقيق
مايك توبار، (7) فيزيكدان دانشگاه استراليا واحد غرب، مي گويد اگرچه احتمال تأييد آن كم است ولي مقاله ي كاستلسكي يك ديدگاه جديد و هيجان انگيز ارائه مي دهد. وي مي گويد: "اين يك پيشرفت مهم است." رونالد ولور (8) از دانشگاه هاروارد در تأييد اين مطلب مي گويد: "من پيش بيني مي كنم كه هم اكنون گروه هاي آزمايشي متعددي در حال بررسي اثرات پيشنهادي كاستلسكي هستند."
بنابراين آنها از كجا شروع مي كنند؟ از آنجا كه تأثيرات به صورت ناهنجاري در واكنش ذرات به جاذبه نمايان مي شوند، كاستلسكي و دستيارش پيشنهاد كرده اند كه نسخه ي اصلاح شده اي از قانون جهاني جاذبه ي نيوتن مورد آزمايش قرار گيرد. موضوع آن است كه ببينيم آيا اين قانون هنگامي كه در مورد تركيبات مختلف ذرات- پروتون، نوترون و الكترون- به كار مي رود ثابت و سازگار است يا خير. تاكنون بخش ناچيزي از اين گستره ي جديد از تأثيرات احتمالي مورد تحقيق قرار گرفته است.
يك نمونه از چنين تحقيقاتي توسط گروه اريك آدلبرگر (9) در دانشگاه واشنگتن واقع در سياتل صورت گرفته، كه در آن به تفاوت در شيوه هاي واكنش تيتانيوم و بريليوم نسبت به جاذبه پرداخته شده است.
كاستلسكي مي گويد: "آزمايش آدلبرگر به مقايسه ي افتادن هم زمان يك سيب و يك پرتقال مي پردازد."
اگر تفاوتي در كشش جاذبه براي اين عنصرهاي مختلف وجود داشته باشد، خيلي كم است. دليل تلاش محققان واشنگتن اين است كه آنها متخصص به كارگيري بسيار دقيق ترازوهاي پيچشي (10) هستند و بدين وسيله، با اندازه گيري كشش گرانشي بين دو جرم، به بررسي وضعيت آنها مي پردازند.
به منظور انجام چنين آزمايشي، آنها همچنين بايد ترازويشان را از ميدان هاي مغناطيسي و لرزش هاي آزمايشگاه هاي اطراف دور نگاه مي داشتند، و همچنين مي بايست كشش هاي گرانشي ناشي از سطح ايستايي آب هاي زير زميني را نيز كه در زمان هاي مختلف سال متفاوت است، جبران مي كردند.
با اين همه، در پايان آنها دريافتند كه هيچ تفاوتي در جفت شدن بريليوم و تيتانيوم با جاذبه وجود ندارد- دست كم در يك جزء از 100 ميليارد.
كاستلسكي بي باك عمل مي كند. آزمايش آدلبرگر تنها به بررسي يك نوع تعامل بين ميدان فرضي و جاذبه پرداخته است. كاستلسكي باور دارد كه آزمايش هاي انجام شده در زمان هاي مختلف سال مي توانند جنبه ي ديگري از جفت شدگي را نشان دهند. با تغيير فصل ها، جهت گيري نسبي سرعت زمين و پيكان هاي ميدان جاذبه به طور چشمگيري تغيير مي كنند.
اگر اين طرح شكست بخورد، گزينه هاي ديگري وجود دارد مانند ميدان پاد الكترون براي جداسازي تقارن جهان، كاستلسكي مي گويد: "سيب ها و ميوه هايي غير از سيب، با سرعت هاي متفاوتي مي افتند. بررسي اين نظريه حتي سخت تر هم هست: براي مثال در حال حاضر ما براي جمع آوري پاد الكترون كافي جهت تهيه ي جرم يك سيب، قابليت هاي لازم را نداريم. گرچه اتم هاي پاد هيدروژن ساخته شده اند و تلاش هايي در اين جهت صورت گرفته كه آيا اين نوع اتم ها با سرعتي متفاوت نسبت به هيدروژن سقوط مي كنند يا خير." كاستلسكي مي گويد: "در دهه ي آينده به نتايجي دست خواهيم يافت."
كاستلسكي به آزمايش هاي ديگري اشاره مي كند كه ممكن است ميدان هاي فرضي SME را نمايان سازند. حسگرهاي جاذبه ابررسانا، ليزرهايي كه فاصله ها را تا ماه بررسي مي كنند، تداخل سنج هاي اتمي و آزمايش هاي گرانشي ماهواره اي مانند microSCOPE و STEP يا هر اقدامي از اين دست، مي تواند به ما كمك كند كه دريابيم اين تقارن سخت در كجا قابل در هم شكستن است و نيز اين كه آن نظريه ي نهايي و دل فريب جهان آفرينش در چه موقعيتي خود را نمايان مي كند.
بسيار خوب، اين اميدبخش است. گرچه ولور موافق است كه چنين آزمايش هايي مهم هستند، ولي هنوز متقاعد نشده است كه موارد نقضي از تقارن را نشان مي دهند. وي مي گويد: "به هيچ وجه نمي توان مطمئن شد نقض تقارن ها وجود دارند، يا اين كه بشر هرگز بتواند آنها را بيابد."
آدلبرگر درباره ي موارد قابل پيش بيني نيز دقت نظر دارد، ولي فكر مي كند به هر حال بهتر است به جست و جو ادامه دهيم. وي باور دارد كه وفق دادن نسبيت با نظريه ي كوانتومي به قدري مهم است كه ما نمي توانيم هيچ يك از اصول اساسي را آزمايش نشده رها كنيم. آدلبرگر مي گويد: "به نظر مي رسد به احتمال زياد ما داريم مسئله ي مهمي را در فيزيك از دست مي دهيم." وي ادامه مي دهد: "اگر اثرات بزرگ نقض تقارن لورنتس وجود داشته باشند براي من شگفت آور خواهد بود. ولي بررسي اين كه آيا طبيعت به پيش داوري هاي ما اهميت مي دهد يا خير، قطعاً ارزشمند است."