هنرجوی برق

مقدمه

شواهد تجربي بسياري وجود دارد كه گرانش، انرژي الكترومغناطيسي توليد مي كند. به همين دليل از زماني كه نيروهاي الكتريكي و مغناطيسي مورد توجه و آزمايش قرار گرفت، فيزيكدانان به وابستگي شديد نيروهاي الكترومغناطيسي و گرانشي پي بردند. فارادي نخستين كسي است که اين وابستگي را متذكر شد. پلانك نيز نظري مشابه داشت. اينشتين نيز مدت 35 سال تلاش كرد تا روابطي مشابه وابستگي الكتريسيته و مغناطيس، بين گرانش و الكترومغناطيس ارائه دهد. اما اين كوششها بي نتيجه ماند.

اما سئوال اين است كه چرا با تمام شواهد تجربي موجود و تصريح فيزيكدانان بزرگي نظير فارادي و پلانك هنوز نتيجه ي قابل قبولي به دست نيامده است؟ 

براي يافتن پاسخ اجازه دهيد يكبار ديگر وابستگي الكتريسيته و مغناطيس را بررسي كنيم شايد بتوانيم علت اين شكستها را دريابيم. 

همچنانكه مي دانيم در اطراف يك بار ساكن ميدان مغناطيسي احساس نمي شود. اما اگر بار حركت كند، ما شاهد ايجاد يك ميدان مغناطيسي خواهيم بود. همچنين تغيير ميدان مغناطيسي نيز موجب توليد جريان القايي مي گردد. در اين تجربه ما شاهد ايجاد پديده هايي هستيم كه قبلاّ وجود نداشت. در اطراف يك سيم (كه جرياني از آن نمي گذرد) هيچگونه اثري از ميدان مغناطيسي ديده نمي شود. اما به محض عبور جريان الكتريكي از سيم، در اطراف آن ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود. يا در مورد سيملوله اگر ميدان مغناطيسي ثابت باشد، جريان الكتريكي در سيم بوجود نمي آيد، اما با تغيير شار مغناطيسي، جريان الكتريكي ايجاد مي شود

  اما در مورد گرانش مسئله بسيار پيچيده تر است. زيرا گرانش همواره وجود دارد و ما نمي توانيم شرايطي بوجود آوريم كه آثار گرانشي نباشد و بعد آزمايشي ترتيب دهيم كه ببينيم چه پديده اي مي تواند ميدان گرانشي توليد كند.

از طرف ديگر چگونه مي توانيم ببينيم هنگاميكه نيروي گرانش روي يك جسم كار انجام مي دهد، خود گرانش دستخوش چه تغييري مي شود؟ اگر ما مي توانستيم اين تغييرات را به تجربه درآوريم و بصورت كمي مورد بررسي قرار دهيم، آنگاه مي توانستيم بسادگي وابستگي گرانش را به ساير پديده ها نظير الکترومغناطيس يا كار انجام شده بيان كنيم. اما چنين امري اگر ناممكن نباشد، بسيار مشکل و يا از حد  فناوري موجود خارج است. زيرا در شرايطي كه ما آزمايش مي كنيم، اگر از مقدار گرانش موجود در محل آزمايش كاسته شود، فوري از اطراف آن اين كسري جبران مي شود.

به عنوان مثال سنگي را از ارتفاع دلخواه رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. آنچنانكه در فيزيك مطرح است، انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود. آيا در اينجا از مقدار گرانش اطراف زمين كاسته مي شود؟ اگر جواب منفي باشد آنگاه اين سئوال پيش مي آيد كه كدام اندازه گيري موجب اين جواب منفي شده است؟

حال آزمايش ديگري را در نظر بگيريد. يك گلوله ي فلزي را از ارتفاعي رها كنيد تا بطرف زمين سقوط كند. در محل رسيدن گلوله به سطح زمين يك صفحه ي فلزي قرار دهيد. هنگاميكه گلوله به زمين مي رسد و با صفحه برخورد مي كند، مقداري گرما توليد مي شود و حتي ما شاهد جرقه يعني امواج الكترومغناطيسي خواهيم بود. عادت شده اين پديده را با اينكه انرژي پتانسيل گرانشي به انرژي جنبشي تبديل مي شود و انرژي ها به يكديگر قابل تبديل هستند، توجيه كنند. همين توجيه موجب مي شود كه ماهيت اين فرايند كمتر مورد توجه و بررسي موشكافانه ي علمي قرار گيرد. اما اجازه دهيد يك ديد متفاوت به اين تجارب داشته باشيم

اهميت توجه به ساختمان فوتون

ارتباط و اطلاعات ما از اجسام فرازميني اعم ماه و خورشيد که جزئي از منظومه ي شمسي هستند تا ستارگان و کهکشانهاي دور، تنها از دو طريق امکان پذير است. يکي آثار گرانشي اين اجرام و دومي نوري است که از آنها به ما مي رسد. اما اطلاعات مربوط به آثار گرانشي اجرام آسماني نيز از طريق مشاهدات و در نتيجه نور دريافتي از آنها قابل مشاهده است. بنابراين تنها پيام آوران فرازميني امواج الکترومغناطيسي که نور بخش کوچکي از آن است مي باشد. لذا توجه و شناخت نور از اهميت منحصر به فردي برخوردار است. بنابراين شناخت هرچه بيشتر نور به منزله ي استحکام بينش جهان شناختي و درک واقعي تر از فيزيک جهان است. چگونه مي توان به اطلاعات دريافتي از کهکشانها اطمينان داشت، در حاليکه حامل اين اطلاعات را بخوبي نشناخته باشيم؟

آنچه که تا به حال در فيزيک مورد توجه بوده است، رفتار نور در محيط هاي مختلف و کنش آن با ساير ذرات از جمله الکترون است. اثر دوپلر، اثر فوتوالکتريک، اثر کمپتون، اثر موسوئر، انحناي فضا ... همه و همه بدون توجه به ساختمان فوتون تجزيه و تحليل مي شود. هرچند که ظاهراً براي بررسي اينگونه پديده ها توجه به ساختمان فوتون ضروري به نظر نمي رسد، اما براي يک سفر ميليارد سالي که فوتون طي مي کند تا از کهکشاني دور به زمين برسد، توجه به ساختمان فوتون بسيار مهم است. زيرا بايد ديد آيا خود فوتون در اين مسافرت چند ميليارد سالي (تحت شرايط داخلي) دچار دگرگوني مي شود يا نه؟

آنچه در اين زمينه مورد توجه و پذيرش فيزيکدانان قرار گرفته اين است که به گفته ي ديراک فوتون يک ذره ي بنيادي است که نمي توان به ساختمان آن پرداخت. و تنها چيزي که در اختر فيزيک و کيهان شناختي مورد توجه و بررسي قرار گرفته، اثر دوپلري نور و جابجايي بسمت سرخ گرانش است. مشاهدات هابل نشان داد نوري که از کهکشانها به ما مي رسد، جابجايي بسمت سرخ از خود نشان مي دهد

مشاهدات وي نشان داد که کهکشانها در حال دور شدن از ما هستند و هرچه فاصله ي آنها از زمين بيشتر باشد، و هرچه فاصله ي آنها از ناظر (در اين حالت ما) بيشتر باشد، سرعت دور شدون نيز بيشتر مي باشد

اين مشاهدات فيزيکدانان را به ارائه ي نظريه انبساط فضا و بيگ بنگ رهنمون گرديد. در اواخر قرن بيستم مشاهدات کيهاني نشان داد که انبساط جهان داراي شتاب است و در نتيجه مسئله ي انرژي تاريک مطرح گرديد که هنوز از رموز حل نشده ي فيزيک است. اگر همانطور که ديراک تصريح کرده، فوتون را بدون ساختمان در نظر بگيريم، راهي نداريم بجز اينکه تنها با استفاده از اثر دوپلر مشاهدات خود را در مشاهدات خود را بررسي کنيم و به نتايج جديدي دست يابيم که ما را در درک بهتري از جهان ياري کند

زماني مي توانيم به درستي اطلاعات دريافتي باور داشته باشيم که يقين داشته باشيم که علائم حامل اطلاعات در طول مسير دستخوش هيچگونه تغييري نشده باشند. آيا حقيقتاً خود فوتون بدون هيچ اثر خارجي در يک سفر ميلياردها سالي دستخوش هيچگونه تغييري نمي شود؟

آيا فوتونهاي دريافتي از يک کهکشان دور است، هماني است که کهکشان را ترک کرده است؟

بنابراين بدون شناخت ساختمان فوتون، نمي توان به صحت اطلاعات دريافتي اعتماد کامل داشت. لذا تلاش براي شناخت و توضيح ساختمان فوتون يک ضرورت انکار ناپذير است. بهمين دليل نظريه سي. پي. اچ. براساس تعريف ساختمان فوتون شکل گرفته است. براي تعريف ساختمان فوتون از کجا و چگونه مي توان شروع کرد؟ چنين تعريفي الزاماً بايستي از دو پشتوانه ي منطقي برخوردار باشد، يکي نظريه هاي معتبر و ديگري تجاربي که اين نظريه ها را به اثبات رسانده است

از کدام نظريه مي توان کمک گرفت؟ نسبيت يا مکانيک کوانتوم؟

هر يک از اين دو نظريه به تنهايي از چنان اعتباري برخوردارند، که استناد به آنها نيز اعتبار دارد. اما خوشبختانه اين نظريه ها داراي زمينه هاي مشترکي نيز هستند که استناد به اين زمينه هاي مشترک مي تواند ما را در ترکيب اين دو نظريه ياري رساند. لذا کار را از همين زمينه هاي مشترک پي مي گيريم