وهذا بفضل الله آخر...........
=============
============= اتجاهات في علم الفيزياء
ما وراء فيزياء (ميتافيزياء) الجسيمات
ينقسم الفيزيائيون بعد فاجعة إيقاف مشروع المصادم الفائق ذي الموصلية الفائقة حول
كيف يتعين عليهم ـ أو كيف كان يتعين عليهم ـ أن يتابعوا بحثهم عن نظرية موحَّدة للطبيعة.
<J.هورگان>، محرر رئيسي بمجلة ساينتفيك أمريكان
لقد كشف <فارادي> منذ أكثر من 150 عاما بوساطة سلسلة من التجارب الرائعة أن الكهرباء والمغنطيسية مظهران لقوة واحدة. وقد سعى فارادي، بوحي من هذا النجاح، إلى أن يبرهن أن الكهرطيسية ترتبط ، بالمثل، بالثقالة التي وصفها <نيوتن> رياضياتيا قبل ذلك ب150 عاما. وعلى الرغم من فشل فارادي فقد ظل مقتنعا بوجود مثل هذه النظرية الموحدة.
يشارك العديد من الفيزيائيين المحدثين فارادي إيمانه بأن قوى الطبيعة التي تبدو مختلفة ظاهريا ما هي إلا أوجه لجوهرة واحدة متناظرة. ولقد حول البحث عن هذا المحك المنشود الفيزياء الحديثة إلى دراما ملحمية تضرب جذورها في الأعماق. يقول <ستيڤن واينبرگ> (من جامعة تكساس) الحائز جائزة نوبل في كتابه الحديث "أحلامُ نظرية نهائية": "إن أي نظرية موحًّدة ستؤدي إلى ازدهار البحث القديم عن تلك المبادئ التي لا يمكن أن تفسر بوساطة مبادئ أعمق منها." لكن هل يمكن ألا تكون هناك نهاية لهذا البحث عن الضالة المنشودة أبدا؟
لا شك في أن الفيزياء أصبحت أكثر تعقيدا مما كانت عليه أيام فارادي. فقد استعاض <A.آينشتاين> في بداية هذا القرن عن وصف نيوتن البسيط نسبيا للثقالة النسبية العامة التي لم يَعُدّ فيها للزمان والمكان ثم ما لبث الباحثون أن اكتشفوا قوتين أخريين إضافة إلى الثقالة والكهرطيسية هما: القوة الضعيفة المؤدية إلى أنواع معينة من التفكك النووي، والقوة الشديدة التي تحفظ البروتونات والنيوترونات متماسكة في نوى الذرات.
وكان الفيزيائيون، حتى وقت قريب، يتقدمون نحو التوحيد باندفاع شديد. وكانوا قد طوَّروا نظرية ـ أثبتتها المسرِّعات منذ أكثر من عقد من الزمان ـ تصور الكهرطيسية والقوة النووية الضعيفة بأنهما مظهران لقوة واحدة هي القوة الكهرضعيفة electroweak force. وقد عمد الباحثون ـ بعد أن أخذهم هذا النجاح ـ إلى اختراع ما يسمى بنظريات التوحيد الكبير grand unified theories GUTs التي تربط القوى الكهرضعيفة بالقوة النووية الشديدة. بل إنهم تقدموا بمشروعات نظريات تضم القوى كلها بما فيها الثقالة. وتدعى هذه النظريات أحيانا نظريات الثقالة الكمومية، لأنها تحاول صهر ميكانيك الكم والنسبية العامة معا، وهما النظريتان اللتان يشبه مزجهما مزج الزيت والماء. وتعرف هذه النظريات كذلك بنظريات كل شيء لأنها تَعِد بتسليط الضوء على المولِد الناري للكون حين سادت فترة قصيرة قوةٌ واحدة عليا.
file:///C:/DOCUME%7E1/uikyui/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.jpg
المصادم الفائق ذو الموصلية الفائقة الذي كان ينبغي له أن يكون أكثر قدرة بـ 20 مرة من أكبر مسرع موجود، وكان يُتوقع أن يكلف 11 بليون دولار. ولو بني لكانت قدرته أقل بكثير من أن تصل إلى المجالات التي يُعتقد أن كل قوى الطبيعة تتحد فيها، وفي الشهر10/1993، وبعد أن أنفق العاملون بليوني دولار وحفروا خُمس ما كان ينبغي أن يكون نفقا بيضويا، طوله 86 كيلومتر في واكاهاشي، بتكساس، ألغى الكونغرس المشروع.
أما الآن، وقد بدا أن الهدف أصبح في متناول اليد، فيواجه الفيزيائيون احتمال أن تنتهي رحلتهم قبل بلوغ مقصدها. والسبب المباشر لهذا القلق هو قرار الكونغرس الأمريكي في الشهر 10/1993إلغاء بناء المصادم الفائق ذي الموصلية الفائقة Superconducting Super Collider SSC ـ بكلفة 11 بليون دولار ـ وذلك بعد أربع سنوات من بدء العمل في بنائه. ويلاحظ <L.M.لدرمان> (الذي يعمل في معهد إيلينويز للتقانة، وهو تجريبي حاز جائزة نوبل) أن فيزياء الجسيمات قد تقدمت من خلال قطع مسافات أصغر فأصغر وطاقات أعلى فأعلى، وأن المصادم SSC لو تم بناؤه، لكان أكثر قدرة بعشرين مرة على الأقل من أي مسرع موجود، ولاقترب بالفيزيائيين من التوحيد، ويقول "أعتقد أن مجال هذه البحوث سينتهي إذا لم نبن المصادم SSC أو شيئا يماثله". وإذا توقفت فيزياء الجسيمات فيمكن أن تتوقف الكوسمولوجيا (علم الكون) كذلك، وهي التي أصبحت بالتدريج أكثر اعتمادا على نظريات التوحيد في سعيها لإعادة بناء تاريخ الكون.
المصادمات والبحث عن الوحدة
file:///C:/DOCUME%7E1/uikyui/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpg
المصادمات والبحث عن الوحدة
تقترح نظريات فيزياء الجسيمات الحالية أن المسرعات الأرضية يمكنها أن توصل الفيزيائيين في بحثهم عن نظرية التوحيد إلى ما هو مبين في المخطط فقط
لكن ربما يكون إلغاء المصادم SSC قد عجَّل فقط بوصول الفيزياء إلى طريقها المسدود الحالي. وكثيرا ما انطوت البلاغة التي استخدمت للدفاع عن المصادم SSC على ما يشير إلى أن المصادم كان يمكن أن يفضي إلى نظرية نهائية. ويندرج في هذا السياق عنوان كتاب لدرمان الحديث "الجسيم الإلهي" الذي يدافع فيه بفصاحة عن المصادم SSC. وبالرغم من ذلك يقر لدرمان أن المصادم SSC لو بُني لكان أصغر بعدة مراتب كِبرَ مما يلزم لبلوغ الطاقات التي يعتقد أن التوحيد يحدث عندها. إن مسرِّعًا من نوع المصادم SSC كان ينبغي أن يكون محيطه ترليون كيلومتر لبلوغ عالم التوحيد الكبير، ويحتاج الضوء لقطع هذه المسافة إلى شهر كامل. أما المصادم القادر على سبر عالم الثقالة الكمومي البالغ الصغر فينبغي أن يكون محيطه معادلا نحو 1000 سنة ضوئية. علما بأن محيط المنظومة الشمسية كلها هو يوم ضوئي واحد فقط.
وبالفعل قبل أن يوقَف مشروع المصادم SSC قال أحد النظريين البارزين من دعاة كبح جماح البحث عن نظرية موحدة: إنها خارج مجال فيزياء الجسيمات. حتى إن <H.جورجي> (من جامعة هارڤارد) عبَّر عن أسفه لكونه قد اقترح واحدة من أولى نظريات التوحيد الكبير منذ نحو 20 عاما بقوله "إن تراث التوحيد الكبير، الذي هو بنظري سيئ جدا بالنسبة لمجال فيزياء الجسيمات، هو أن يكون معقولا ـ بل ودارجا ـ أن يقضي المرء الذي يعتبر نفسه متخصصا في فيزياء الجسيمات النظرية كل وقته في تخمينات حول عالم مسافاته أصغر بكثير من أي شيء يمكن أبدا أن ندرسه في المختبر."
وثمة آخرون مازالوا يعتقدون بصحة النظرية. ومن بينهم <J.إليس> وهو نظري من المركز الأوروبي لفيزياء الجسيمات، المعروف بالأحرف الأولى من التسمية الفرنسية سيرن CERN. كان إليس قد أسهم في نشر مصطلحي "التوحيد الكبير" grand unification في منتصف السبعينات و"نظرية كل شيء" theory of everything بعد ذلك بنحو عقد من الزمن. وهو يؤكد أنه "مازالت توجد آفاق للتقدم في الاتجاهات التقليدية." وهو يلاحظ أن المركز سيرن يعتزم خلال 10 سنوات بناء مسرِّع قدرته تماثل تقريبا قدرة المصادم SSC. وحتى ذلك الحين قد تحل معضلات باستخدام تجارب عالية الدقة تُجرى بوساطة المسرعات الموجودة؛ وكذلك بدراسة النيوترينوهات التي تبدو بالرغم من تحفظها في وجود المكشافات ذات أهمية كبرى في العديد من نظريات التوحيد؛ وأيضا بمشاهدات الخلفية الإشعاعية الكونية التي يعتقد أنها البقية الباقية من حقبة تلت الانفجار الأعظم big bang مباشرة حين كانت قوى الطبيعة لاتزال متحابكة.
وعلى المدى الأبعد، ربما أتاحت مصادمات مبتكرة، مثل ذلك الذي يدفع الجسيمات على موجة من الپلازما، للفيزيائيين أن يختبروا طاقات أعلى بتكلفة أقل. وهناك دائما إمكانية حدوث تطور رياضياتي أو مفهومي مفاجئ يدفع الباحثين إلى مستوى أعمق من الفهم في غياب المرشد التجريبي. ولكن حتى إليس، الذي يعتبر نفسه متفائلا بلا حدود، يقر بأنه في المستقبل المنظور "ما لم يأت أحد بفكرة جيدة جدا، أعتقد أننا سنظل نبحث فقط عن البراهين غير المباشرة" على التوحيد. ويقول <F.A.ويلتشك> (من معهد الدراسات المتقدمة
في پرنستون بنيوجرسي) "لقد سعدنا بأننا أنجزنا تقدما أساسيا، أما آفاق الاستمرار فقد تضاءلت في الحقيقة."
والفيزيائيون، بمعنى ما هم ضحايا نجاحهم نفسه. فهم قد بنوا نظرية تفسر التأثيرات المتبادلة بين الجسيمات بدقة عالية جدا. هذه النظرية تدعى النموذج العياري (القياسي) Standard Model (أو تدعى حسب<M. داين>، (الذي يعمل بجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، "نظرية كل شيء تقريبا")، وهي تستند إلى أسس ميكانيك الكم المتينة، وهي النظرية الأساسية حول المادة والطاقة التي شادها عمالقة كبار من مثل <N.بور> و <W.هايزنبرگ>و<E.شرودنگر> خلال العشرينات والثلاثينات من هذا القرن. كما ابتكر <R.فاينمان> وآخرون في الخمسينات نظرية في الكهرطيسية تدعى الإلكتروديناميك الكمومي تفسر عمليا، كل الظواهر الكيميائية والإلكترونية.
ثم طور الفيزيائيون، خلال العقد التالي، نظرية القوة النووية الشديدة: الكروموديناميك (التحريك اللوني) الكمومي quantum chromodynamics QCD. وهي تعتبر البروتونات والنيوترونات مظاهر لجسيمات أولية أبسط تدعى الكواركات(1) quarks. يتألف كل بروتون وكل نيو ترون من ثلاثة كواركات يرتبط بعضها ببعض بوساطة جسيمات حاملة القوة تدعى گلونات gluons. (تشير البادئة كرومو chromo (أي اللون) إلى حقيقة أن الكواركات تصنَّف وفقا "للونها"، وهذه خاصة كمومية لا علاقة لها باللون بمعناه العادي.)
لقد خطا هذا الفرع خطوة كبيرة نحو التوحيد في الستينات حين اقترح <S. گلاشو> (من هارڤارد) و محمد عبدالسلام (من المركز الدولي للفيزياء النظرية في تريستا) وآخرون، أن الكهرطيسية والقوة النووية الضعيفة هما في الواقع مظهران للقوة الكهرضعيفة نفسها. وقد تم إثبات كل من الكروموديناميك والنظرية الكهرضعيفة بوساطة اختبارات متزايدة في صرامتها في مختبرات (معامل) أكبر مسرِّعات في العالم، وهي مركز المسرع الخطي في ستانفورد Stanford Linear Accelerator Center SLAC ومختبر مسرع فرمي القومي المعروف باسم فرميلاب Fermilab في باتافيا بإيلينوي، والمركز سيرن.
لا مجد دون نظريات التوحيد الكبير
ما إن انتهى المجربون من إثبات النموذج العياري حتى كانوا تواقين لتحطيمه. فقد أعلن <C.روبيا> عام 1983 أن فريقا يعمل تحت إشرافه في المركز سيرن اكتشف جسيمات Z و W، وهي الجسيمات التي تحمل القوة الكهرضعيفة، واكتشف أيضا "وحيدات النفثة" monojets وهي ظاهرة تخرق ـ على ما يبدو ـ النموذج العياري. ويتذكر گلاشو (من هارڤارد): "إن المركز سيرن لم يؤكد النموذج العياري فحسب، بل دفنه." وكان روبيا يشغل منصبا في هارڤارد إضافة إلى منصبه في المركز سيرن، عندما أعلن عن اكتشافاته بهذا الصدد.
لقد حاز روبيا جائزة نوبل مشاركة لاكتشافه جسيمات Z و W، لكن وحيدات النفثة سرعان ما وجد أنها تفسر بالنموذج العياري. ويتفكه گلاشو قائلا: إن روبيا، عقابا له على إعلانه المتسرع، أُجبر على الإشراف على إثباتات للنموذج العياري تتزايد دقتها باستمرار في المركز سيرن حيث ظل يعمل مديرا له منذ عام 1989 وحتى نهاية عام 1993. ويضيف گلاشو "إن هذا يشبه شيئا ما مأخوذا من أسطورة يونانية." ولكن ـ لسوء الحظ ـ كان على باقي فيزياء الجسيمات أن يشارك في نيل عقاب روبيا.
وخلال ذلك كان النظريون قد تخطوا كثيرا النموذج العياري في بحثهم عن نظرية أعمق. وقد شجعهم على ذلك حقيقة أن الكروموديناميك الكمومي والنظرية الكهرضعيفة تعتبران من النظريات العيارية gauge theories التي تفترض أن عناصر جملة ما يمكن أن تخضع لتحولات ـ كالدوران أو الانعكاس في مرآة ـ دون أن يتغير فيها شيء أساسي. وقد أصبحت هذه الخاصية، المدعوة تناظرا (تماثلا) symmetry بالنسبة للعديد من فيزيائيي الجسيمات مثال الحقيقة والجمال.
كان گلاشو وزميله الأصغر جورجي (يعمل معه في هارڤارد) قد ابتكرا في بداية السبعينات نظرية عيارية سميت (SU(5 يمكن استخلاص التأثيرات المتبادلة الكهرضعيفة والشديدة منها. (يشير المصطلح (SU(5 إلى عدد التناظرات التي تكشفها النظرية.) أما نظرية التوحيد الكبير ـ وهو مصطلح لم يبتكره گلاشو وجورجي بل يصران على عدم إعجابهما به ـ فقد حققت ما كان يعتبر في ذلك الوقت تنبؤا يُنطلق منه. فالكواركات يمكن أن تتحول، كما يبدو، إلى نيوترينوهات وإلكترونات ومقابلاتها في المادة المضادة، وهذا يعني أن البروتونات (المؤلفة من كواركات) ليست مستقرة ولا بد في النهاية من أن تتفكك. وعلى الرغم من أن نصف العمر لأي بروتون معين هو أطول من عمر الشمس (وفقا لحسابات أجراها فيما بعد <واينبرگ><وجورجي وH.كوين> من المركز (SLAC)، فإن الفيزيائيين تمكنوا من اختبار هذا التنبؤ بوساطة مراقبة عدد كبير من البروتونات.
ا
وقد بُنيت حتى الآن مكشافات تفكك البروتونات في أكثر من ستة مواقع في مختلف أنحاء العالم. ويقع معظمها على عمق كبير تحت الأرض للتقليل من شأن الإشارات الآتية من الأشعة الكونية ـ أي الجسيمات العالية الطاقة الآتية من الفضاء الخارجي. وقد بدأ تشغيل إحدى كبرى التجارب في منجم ملح بالقرب من كليفلاند في أوهايو منذ ما يقارب 10 سنوات. وتتألف التجربة من حوض ضخم (راقود) عملاق مملوء بالماء محاط بمكشافات ضوئية ترقب التوهجات الضوئية الضئيلة التي ينبغي أن تصدر لدى تفكك بروتون ما في الماء. وحتى الآن لم يرصد، هذا المكشاف ولا أي مكشاف آخر، تحلل البروتون.
وما كان من غياب الدعم التجريبي لنظرية (SU(5إلا فتح الباب أمام البدائل، وبالذات لطرق أعم تعرف باسم التناظر الفائق supersymmetry. ويقتضي التناظر الفائق أن تشترك الفرميونات ـ وهي الجسيمات المؤلفة للمادة ـ والبوزونات ـ التي تنقل القوى ـ في تناظرات عميقة. ويتطلب هذا المخطط أن يكون لكل جسيم معروف قرين تناظري فائق، أو "sparticle" كبير الكتلة، وإحدى خواص التناظر الفائق المدهشة هي أنه يمكن زيادة مقدرته لو عُمم على أبعاد إضافية. وتماما كما يدرك رائد الفضاء تناظر الكرة الأرضية حين يرتفع عاليا فوق سطحها ذي البعدين كذلك يستطيع النظريون تبيُّن التناظرات الدقيقة ـ التي تحكم التأثيرات المتبادلة بين الجسيمات ـ بوساطة النظر إليها من وجهة نظر ذات عدد أكبر من الأبعاد.
file:///C:/DOCUME%7E1/uikyui/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image003.jpg
الكوارك الذروي هو القطعة الوحيدة في النموذج العياري التي لم يتم اكتشافها بعد دون لبس. وتبين الصورة مرشحا للكوارك الذروي التقط في مختبر مسرع فرمي القومي عام 1989.
لقد وضع النظريون نظريات مختلفة للتوحيد الكبير الفائق التناظر وقد وضعوا أيضا نظريات ثقالة كمومية. وكمثال على هذه الأخيرة نظرية الثقالة الفائقة supergravity التي تفترض أن الگراڤيتونات gravitons، وهي الجسيمات الحاملة للثقالة، لها أقران فائقة التناظر يدعى الواحد منها گراڤيتينو gravitino. وفي عام 1980، كان يبدو أن الثقالة الفائقة واعدة لدرجة أن <S.W.هوكنگ> (من جامعة كامبردج) أعلن أنها قد تمثل "النظرية الكاملة والموحدة للفيزياء" التي طال البحث عنها. لكن سرعان ما غاصت الثقالة الفائقة في مستنقع المشكلات الرياضياتية المتعلقة بتعريف الگرافيتون كنقطة. وتماما كما أن التقسيم على الصفر يؤدي إلى لانهاية، أي إلى نتيجة لا معنى لها، كذلك شأن الحسابات التي تتضمن جسيمات نقطية. لقد ساعدت النظريات العيارية الفيزيائيين ـ الذين يبنون نماذج للكهرطيسية وللقوى النووية ـ في التغلب على هذه المشكلة. لكن يبدو أن الثقالة، وما تسببه من تشويه للزمان والمكان، تحتاج إلى طرق معالجة مختلفة جذريا.
ويعتقد الكثير من الفيزيائيين أن نظرية الأوتار الفائقة تمثل طريقة المعالجة المطلوبة، وهذه النظرية بدأت بداية متواضعة. ففي بداية السبعينات اقترح النظريون أن القوة النووية الشديدة يمكن أن تنشأ عن تأثيرات متبادلة بين جسيمات لها شكل الأوتار. فكما تُصدر اهتزازات أوتار الكمان نغمات مختلفة كذلك يمكن أن تعطي اهتزازات تلك الأوتار جسيمات متباينة تتضمنها القوة الشديدة.
وقد هُجر هذا الطريق فيما بعد لصالح الطريقة الأكثر نجاحا التي تستخدم الكوارفات والگلونات، بيد أن نظرية الأوتار بُعِثت مرة أخرى في شكل تناظري فائق في أواخر السبعينات على يد<M .Bگرين> (من كلية الملكة ماري في لندن) و <J.H.شفارتز> (من معهد كاليفورنيا للتقانة). وقد وجد گرين وشفارتز، وهذا ما أثار دهشتهما بعض الشيء، أن كل قوى الطبيعة، بما فيها الثقالة، تنتج من الأوتار الفائقة التناظر. وأفضل من ذلك كله أن استبدال الأوتار بالنقاط يزيل العديد من الصعوبات الرياضياتية التي تنشأ في نظريات الثقالة الكمومية الأخرى.
تتطلب هذه النظرية قبول فرضيات حول الواقع الفيزيائي ذات شطط كبير. إذ يُعتقد أن الأوتار تتضمن عددا من الأبعاد يبلغ 26 بعدا، وأنها من الصغر بحيث إذا قورنت بالبروتون كانت أصغر منه بقدر ما هو نفسه أصغر من المنظومة الشمسية. وهذا العالم المكروي (الصغري)، المسمى سلّم (مقياس) پلانك، ينأى عن أي تجربة يمكن تخيلها. وعلى الرغم من ذلك فقد أصبح الفيزيائيون، ثم الرياضياتيون كذلك، مبتهجين بالبنية الغنية لهذه النظرية. وفي الحقيقة فإن <E.وتّن> (من معهد الدراسة المتقدمة)، وهو نظري في الأوتار الفائقة من الدرجة الأولى، قد صار ذا تأثير فعال في الرياضيات كما في الفيزياء.
ومع ذلك حتى وتّن نفسه، ذو المهارات التحليلية الأسطورية، كافح في سبيل ربط الأوتار الفائقة بظواهر فيزيائية معروفة. وقد أقام حديثا جسرا بين الأوتار الفائقة والثقوب السوداء التي كانت عادة ملعب النظريين المتخصصين في النسبية العامة وليس في فيزياء الجسيمات. وقد بيّن وتّن عام 1991 كيف يمكن لنظرية الأوتار الفائقة أن تنتج ثقوبا سوداء ـ وإن تكن مبسطة جدا ـ ذات بعدين فقط. وقد أثارت نشرة وتن نشاطا نظريا قويا مازال مستمرا حتى اليوم.
قد تساعد الأوتار الفائقة كذلك في وضع حد لمشكلة محيرة تتعلق بالثقوب السوداء كان قد أشار إليها هوكنگ منذ عقدين. فقد بين هوكنگ أن الثقوب السوداء يمكن أن تشع طاقة ـ وإذًا كتلة ـ بسبب التأثيرات الكمومية، وأن يستمر ذلك حتى تتبخر في النهاية. ولقد لخص اكتشافه بعبارة واحدة "الثقوب السوداء ليست سوداء تماما." ولأن الثقب الأسود يمثل، من حيث المبدأ على الأقل، سجلا للعمليات التي أوجدته، فإن تبخره يؤدي إلى فقد دائم في المعلومات. أي إن الماضي، بمعنى ما يُمحى. وقد أعلن هوكنگ، ووافقه العديد من النظريين، أنه اكتشف مفارقة لا يمكن حلها إلا بتغيير ميكانيك الكم أو النسبية العامة.
لقد بيَّن <L.سسكند> (من جامعة ستانفورد) في مقالة نشرت بمجلة Physical Review Letters في الشهر 10/1993كيف يمكن للأوتار الفائقة أن تحل الأحجية. كما بيّن سسكند أن المفارقة التي وجدها هوكنگ تنشأ عن الفرضية التي تتضمنها النسبية العامة حول تكوّن الصورة نفسها لدى مختلف المراقبين عن كيفية تخزين المعلومات في منطقة معينة من المكان والزمان. أما حسب نظرية الأوتار الفائقة فيمكن أن تتكون صور مختلفة لدى المراقبين ويكون الماضي محفوظا بالنسبة لأي مراقب فرد.
file:///C:/DOCUME%7E1/uikyui/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.jpg
file:///C:/DOCUME%7E1/uikyui/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image005.jpg
يمثل المختبر الأوروبي لفيزياء الجسيمات بالقرب من جنيڤ ، المسمى سيرن، (في الأعلى) أفضل أمل لفيزيائيي الجسيمات بعد أن توقف مشروع المصادم SSC. ويأمل المسؤولون هناك أن يبنوا، خلال العقد القادم، أكثر المسرعات قدرة في العالم، مصادم الهادرونات الكبير، في النفق الذي طوله 27 كيلومتر والذي يحوي الآن مصادم الإلكترونات والپوزترونات الكبير (LEP). يظهر (في الأسفل) أحد مكشافات المصادم LEP الضخمة.
تُوجَّه الانتقادات إلى مثل هذا العمل بصفته لا يمت للفيزياء بصلة لأنه بعيد كل البعد عن أي ظواهر يمكن أن تُحقَّق تجريبيا. أما ردّ سسكند على ذلك فهو أنه لا يمكن أن يتم التقدم في الفيزياء بعد الآن بالطرق التقليدية. ويصرح قائلا "من الواضح تماما بالنسبة لي أنه لو وجب حل المسائل التي برزت على امتداد فترة الـ 15 أو 20 عاما الماضية لما كان ذلك من خلال تجارب تجرى في خطوات متزايدة، ولكان من غير المأمول الحصول على سلم بلانك بهذه الطريقة. والذين يجهلون هذا ستنقطع ـ ببساطة ـ صلتهم بالموضوع." ويعبر وتّن عن وجهة النظر نفسها ولكن بطريقة ألطف فيقول: "أعتقد أن عملنا سيكون أفضل كثيرا، لو تحقق تجريبيا، لكنني أؤمن بالدأب الإنساني."
البحث اليائس عن البيانات
ومع ذلك يلتمس معظم النظريين بعض الإشارات الخفية من التجارب علها تدلهم على أنهم على الطريق الصحيح. فبعضهم عقد الأمل على إيجاد دليل مؤقت على التناظر الفائق الذي هو اختبار لازم لكنه غير كاف للأوتار الفائقة. وقد حاول كل من مختبر فرمي والمركز سيرن ـ دون جدوى ـ الكشف عن وجود جسيمات فائقة التناظر.
هل تحتاج فيزياء الجسيمات إلى مثال جديد؟
على الرغم من أنه يصعب فهم نظرية الأوتار الفائقة ويصعب التعامل معها، فإنها بلا جدال المرشح الرئيسي لنظرية ثقالة كمومية. وربما كان أحد أسباب ذلك أنها تمثل امتدادا لأفكار، مثل التناظر، متأصلة بعمق في مراحل تقدم فيزياء الجسيمات. لكن بعض النظريين يعتقدون أنه آن الأوان للنظر في طرق جديدة.
وقد ظهر مخطط مبتكر للثقالة الكمومية خلال السنوات الست الماضية لدى مجموعة من المختصين في النسبية العامة، وتدعى نظرية الفضاء الحَلَقي loop-space theory أو نظرية أشتكار باسم أحد مبتدعيها<Abhay Ashtekar> (من جامعة سيراكوز). وقد وجد أشتكار طريقة لإعادة كتابة معادلات النسبية العامة بحيث تكون شبيهة بمعادلات الإلكتروديناميك الكمومي.
ويتيح لهم هذا الأسلوب معاملة الثقالة كظاهرة كمومية من دون مواجهة المشكلات الرياضياتية التي أوقفت المحاولات الأخرى. وأحد مقتضيات النظرية هو أن الفضاء ليس كيانا دون تغصنات أو شقوق، وإنما هو مؤلَّف، مثل لوح من درع ذات زرد، من حلقات منفصلة متناهية في الصغر.
file:///C:/DOCUME%7E1/uikyui/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image006.jpg
نظرية الفضاء الحلقي منمذجة بوساطة تمثال مصنوع من حلقات المفاتيح.
وهناك مفهوم مختلف جذريا أكثر من سابقه كان قد تقدم به <G.هوفت> (من جامعة أُترخت في هولندا). وكان هوفت قد قام بدور رئيسي في تطوير النظريات العيارية gauge theories، التي هي اللغة التي يُكتب بها النموذج العياري (القياسي). ومع ذلك غدا بشكل متزايد غير راض عن المقاربات للثقالة الكمومية التي يشعر بأنها تعطي أهمية قليلة لمفاهيم أساسية مثل السببية.
ويقترح أن يحاول الفيزيائيون بناء نماذج فيزيائية تعتمد آلات أوتوماتيكية خلوية cellular automata، وعلى مبتدعات علم الحاسوب التي تشكل السببية صفة أساسية من صفاتها. تتألف الآلة الأوتوماتيكية الخلوية من شبكة من الوحدات المنفصلة، أو الخلايا، التي تتطور وفقا لقواعد معينة لتتعين حالة كل خلية بوساطة حالات جاراتها المباشرة.
وهناك فيزيائي شهير آخر يدافع عن أساليب جديدة في التفكير هو<R .پنروز> (من جامعة أكسفورد) وهو يرتاب في افتراض معظم فيزيائيي الجسيمات حول كون التناظر صفة أساسية من صفات الطبيعة أكثر مما يرتاب في نظرياتهم. ويؤكد پنروز أن هذا الاعتقاد يستند في النهاية إلى خيار جمالي، وهو خيار لا يشارك هو وفيزيائيون آخرون بالضرورة فيه.
وكتب پنروز في مقالة حديثة: "في رأيي لو حدث أن أوجدت نظرية نهائية لما أمكن أن تكون إلا مخططا ذا طبيعة مختلفة جدا. فبدلا من أن تكون نظرية فيزيائية بالمعنى العادي، لا بد أن تكون مبدأ رياضياتيا قد يتطلب تنفيذه رهافة لا تلقائية."
ويّدعي بعض العاملين أن المركز سيرن قدم ما يمكن أن يعتبر دليلا غير نهائي على التناظر الفائق. فقد أجرى الباحثون هناك قياسات دقيقة للغاية لما يدعى ثوابت الاقتران coupling constants للكهرطيسية وللقوتين الضعيفة والشديدة. (ثابت الاقتران لقوة ما هو مقياس لشدتها). وتتنبأ نظريات التوحيد الكبير بأن ثوابت الاقتران للقوى الثلاث القصيرة المدى، التي لها قيم مختلفة عند الطاقات المنخفضة، يجب أن تتقارب عند الطاقات العالية. لكن بيانات المركز سيرن تتعارض مع تنبؤات نظرية التوحيد الكبير القديمة (SU(5 ، أما حين يضاف التناظر الفائق إلى النظرية فإن البيانات تتفق "تماما" حسب ما يقول إليس الذي يعمل في المركز سيرن.
لكن الآخرين يجدون هذه النتائج غير مقنعة. ويقول <A.دي روجولا> (وهو نظري آخر من المركز سيرن): "حتى الآن لن أقفز من الفرح." ويلاحظ أن القياسات التي أجريت في المركز سيرن لا تدعم التناظر الفائق إلا إذا تم الاستقرار لمدى عدة مراتب كبر. وفي الحقيقة يرى دي روجولا ـ بسبب ندرة البراهين ـ أن بعض زملائه مفتونون ، بعض الشيء ـ أكثر من اللازم بالتناظر الفائق. وببرود يضيف قائلا: "إن التشابه اللفظي (في الإنكليزية) بين التناظر الفائق (supersymmetry) والوهم (superstition) ذو دلالة."
وهناك تجارب أخرى متنوعة قد تنير الطريق قريبا لما بعد النموذج العياري. فلايزال مختبر فرِمي يبحث عن الكوارك الذروي top quark، وهو الجسيم الوحيد الذي تنبأ به النموذج العياري ولم يتم اقتناصه بعد. وربما أدى الفشل المستمر في إيجاد الكوارك الذروي إلى تناقض مع النموذج العياري، ومن ثم سيعتبر صيد الكوارك الذروي في مختبر فرمي "فتحا علميا كبيرا" كما يلاحظ <J.N.بنلوخ>. ومع ذلك ربما كان العاملون هناك قد لمحوا هذا الجسيم في المجال المتوقع. ويستبق معظم المراقبين الأمور قائلين: إنهم سيعلنون قريبا عن اكتشافه.
يخطط كل من مختبر فِرمي والمركز سيرن لتطوير مسرعاتهما الرئيسية. إذ يأمل مختبر فرمي بزيادة كثافة حزمة التيڤاترون Tevatron ـ الذي يدفع، بقوة، البروتونات والبروتونات المضادة بعضها تجاه بعض. أما المركز سيرن فينوي مضاعفة قدرة مصادم الإلكترونات والبوزوترونات الكبيرLarge Electron- Positron (LEP) collider. وستعطي هذه الآلات العاملين فرصة أخرى ـ وإن كانت ضعيفة ـ لإيجاد جسيمات فائقة التناظر. حتى إن لديهم حظا أبعد منالا لإيجاد بوزون <هيگز>. ويعتقد النظريون أن هذا الجسيم يمكن أن يقوم بدور حاسم في كسر التناظر أو في فك الكهرطيسية والقوة الضعيفة عند الطاقات العالية. ويمكن لبوزون هيگز أن يوضح لنا كيفية تملك الجسيمات مثل هذا المدى الواسع من الكتل التي تبدو وكأنها اعتباطية.
يمكن للمسرعات أن تشغل النظريين كذلك بدراسة الميزونات؛ هي الجسيمات ذات الأعمار القصيرة جدا والمؤلفة من كوارك وكوارك مضاد. وقد أدت التجارب على ما يسمى ميزونات K، أو كاؤونات kaons، في الستينات إلى اكتشاف أن المادة والمادة المضادة ليست إحداهما صورة مرآتية للأخرى وإنما تتمتعان، بدلا من ذلك، بعدم تناظر رهيف. وقد ذهب بعض النظريين إلى التفكير بأن الكون ما كان ليوجد لولا عدم التناظر هذا، المسمى انتهاك الشحنة والمماثلة charge-parity violation، لأنه لولاه لنتجت من الانفجار الأعظم كميات متساوية تماما من المادة والمادة المضادة، اللتين تفني إحداهما الأخرى عند التقائهما.
ويأمل الفيزيائيون بالتحقق من هذه الأفكار بوساطة تجارب تجرى على ميزونات B، وهي الجسيمات التي يتوقع أن تبدي انتهاك الشحنة والمماثلة أكثر من ميزونات K. وفي الخريف الماضي سمح مشروع القانون نفسه الذي قضى على المصادم SSC ببناء منشأة لتوليد كميات وافرة من ميزونات B في المركز SLAC بمبلغ 237 مليون دولار. و "معمل B" هذا يمكن أن يعطي نتائج تُخِلُّ بالنموذج العياري الذي لا يسمح بانتهاك الشحنة والمماثلة إلا ضمن وسطاء معينة.
لكن الفعالية ليست كلها في مختبرات المسرعات. فالنتائج ذات المعنى الكوني يمكن أن تبرز من مراصد النيوترينو. ولا يغير وصف النيوترينوهات بأنها "مراوغة" ـ لأنها نادرا ما تتفاعل مع المادة العادية ويصعب لذلك كشفها ـ من أنها تقوم بدور حاسم في التأثيرات المتبادلة الكهرضعيفة وفي النظريات الكوسمولوجية. وقد وجدت بعض المكشافات تحت الأرضية ـ التي بدأت تعمل في السبعينات، والتي بني بعضها أصلا لكشف تفكك البروتونات ـ أن الشمس تصدر كمية من النيوترينوهات أقل مما يمكن توقعه من النموذج العياري.
وقد تأكد نقص النيوترينوهات الشمسية بوساطة مكشافين جديدين، مركبين تحت الأرض كذلك لحذف الإشارات من الأشعة الكونية، وهما يرصدان النيوترينوهات في مركبات الگاليوم بدلا من أحواض السوائل، وذلك من خلال التجربتين: تجربة الگاليوم السوڤييتية ـ الأمريكية Soviet-American Gallium Experiment SAGE التي أجريت في مرصد مدفون تحت أحد جبال القفقاس الروسية، وتجربة الگاليوم Gallium Experiment GLLEX ، وقد أجريت في مختبر گران ساسو في جبال أپينين الإيطالية.
وأحد تفسيرات النقص هو أن النيوترينوهات "تتذبذب" بين أنواع مختلفة، متحولة من نيوترينوهات إلكترونية إلى أشكال أخرى كشفها أصعب. وهذا ما يدعى الحدس MSW نسبة إلى أصحابه<S.P. ميخييف>و<A.Y. سميرنوف> (من جامعة موسكو)و<L. ولڤينشتاين> (من جامعة كارنيگي ميلون). ويمكن لهذه الذبذبات أن تحدث فقط إذا كانت للنيوترينوهات كتلة، وهذه نتيجة تناقض الشكل الصارم للنموذج العياري.
يقر <J.N.باهكول> (من معهد الدراسة المتقدمة)، وهو مرجع في النيوترينوهات، أنه يمكن تعديل النموذج العياري ليستوعب النيوترينوهات المتذبذبة ذات الكتلة. ومن ناحية أخرى فإن القيم المرصودة حتى الآن تقع كلها ضمن المجالات التي تتنبأ بها نظريات التوحيد الكبير بما في ذلك تلك التي تتضمن التناظر الفائق. ويضيف باهكول بأن هناك دراسات تفصيلية أخرى "يمكن أن تستخدم كاختبار لمعرفة الأفكار الصحيحة في نظريات التوحيد الكبير". فإذا تأكد أن للنيوترينوهات كتلة جعلها ذلك مرشحة لأن تكون هي المادة "المظلمة" أو "المفقودة" التي يعتقد معظم الكوسمولوجيين أنها تعم الكون. ويجب أن يتم الحصول على المزيد من المعلومات خلال السنوات القليلة المقبلة حين تبدأ مراصد النيوترينو البالغة الحساسية عملها في اليابان وكندا. وفي الوقت ذاته فإن التجارب التي أساسها المسرعات ـ بما في ذلك اثنتين في المركز سيرن وأخرى في مختبر گران ساسو ـ ستحاول تعيين كتل النيوترينوهات.
ويحذِّر واينبرگ من الثقة الزائدة في أن أيا من هذه التجارب يمكن أن تؤدي إلى فيزياء جديدة جذريا: "توجد طرق مختلفة يمكن أن يحالفنا الحظ بها خلال السنوات الخمس أو العشر المقبلة، ولكن ها قد مضى علينا ونحن نقول ذلك حتى الآن 10 أو 15 سنة"، وگلاشو أيضا متشائم مثله. وهو يشك في أن تكون تجارب الطاقات المنخفضة قادرة مرة أخرى على الكشف عن ظواهر تنتهك النموذج العياري. وهو يشير إلى أنه سبق أن وجدت ادعاءات عديدة حول مثل هذه الظواهر في السنوات الأخيرة ـ متضمنة "قوة خامسة" جديدة تماما من قوى الطبيعة تعاكس الثقالة؛ وكذلك نيوترينوهات ثقيلة جدا (000 17إلكترون ڤلط) و وحيدات قطب monopoles. وهي جسيمات فريدة لها قطب مغنطيسي وحيد. لكن أيا من هذا كله لم يثبت.
ويقول گلاشو: "إن السؤال الذي أفكر فيه هو كيف نحافظ على مؤسسة الطاقة العالية" حتى يتم بناء المسرع الكبير التالي. ويضيف "سيعمل الناس أشياء مضجرة ولن يعترف أحد بأن ما يعملونه مضجر، لكنه سيبقى مع ذلك مضجرا."
file:///C:/DOCUME%7E1/uikyui/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image007.jpg
ومضات الحزمة الإلكترونية خلال حجرة الپلازما لإيضاح تقنية التسريع بوساطة أثر الحقل في مختبر أرگون القومي.
ويؤكد واينبرگ وگلاشو أن المصادم الفائق ذا الموصلية الفائقة كان يمثل أفضل سبيل يمكن سلوكه نحو فيزياء جديدة مثيرة. وكان المصادم SSC يسوَّق غالبا على أنه آلة يمكن أن تكشف بوزون هيگز. لكن، كما يلاحظ عالِم المركز سيرن النظري دي روجولا، فإن اكتشاف بوزون هيگز لن يفتح بالضرورة مجال الفيزياء واسعا، ففي حين سيكون مثل هذا الاكتشاف تأكيدا حاسما للنظرية الكهرضعيفة، فهو لن يمثل بحد ذاته سوى امتداد للنموذج العياري. ويضيف قائلا: "لقد كُتبت الكتب حول ذلك. فمن المحتمل ألا تُفتح نافذة تؤدي إلى أي شيء جديد."
أما التناظر الفائق فكان يمثل هدفا أهم بكثير للمصادم SSC حسب <D.J. گروس> (من جامعة پرنستون) والذي قام بدور هام في تطوير الكروموديناميك الكمومي، وهو الآن مدافع بارز عن الأوتار الفائقة. يقول گروس "كان يمكن للتناظر الفائق أن يكون اكتشافا رئيسيا، شأنه شأن أي اكتشاف رئيسي في هذا القرن. وكان يمكن أن يوسع نظرتنا إلى الزمان والمكان. وأن يبرهن على وجود أبعاد أخرى." أما <J.P. پرسكل> (من كالتك)، فمازال لديه أمل آخر هو أن المصادم SSC كان يمكن أن يجد شيئا ما غير متوقع إطلاقا، ويقول "لقد كان ذلك ما لزم أن يكون لبث الحياة في فيزياء الجسيمات."
أزمة الفيزياء عام 1904
هل تمثل حالة الفيزياء الحالية الظلمة قبل الفجر؟ غالبا ما يلجأ الفيزيائيون المحدثون وهم يبحثون عن دعم لوجهة النظر هذه إلى تاريخ مجالهم، الذي يقدم أمثلة عديدة عن الأزمات التي تم تخطيها في آخر الأمر.
ولعل أكثر هذه الفترات خطورة كانت في بداية هذا القرن. إذ إن اكتشافات الأشعة السينية والإلكترونات والبروتونات والأشكال الأخرى من الإشعاع الصادر عن الذرات أتعبت الفيزياء الكلاسيكية إلى حد قصمها. وكذلك فعلت التجارب على الضوء التي طرحت مسائل لم تتمكن مفاهيم الحس السليم حول المكان والزمان من حلها.
وقد اجتمع عام 1904 عدد من أشهر فيزيائيي العالم في مؤتمر الفنون والعلوم في سانت لويس بمونتانا لمناقشة مأزق الفيزياء. وقام في هذا اللقاء كل من <إرنست رذرفورد> و <هنري پوانكاريه> و<لودفيگ بولتزمان> وعلماء آخرون برسم خطوط المأزق الذي كانوا يواجهونه واقترحوا الحلول الممكنة له. وقد قام <C.N. يانگ> (من جامعة ولاية نيويورك في ستوني بروك( بقراءة هذه الخطب التي طبعها معهد الفيزياء الأمريكي عام 1986 كالجزء الخامس من سلسلة تاريخ الفيزياء الحديثة. ويلاحظ يانگ ـ الذي حصل على جائزة نوبل لعام 1957 بالمشاركة لكونه اقترح تجربة، تؤكد وجود تناظر رهيف، "اليدوية" handedness في تفاعلات معينة بين الجسيمات ـ "لقد فجعوا لأن كل شيء اعتقدوا أنهم قد فهموه كان خطأ."
وبعد بضعة أشهر فقط صاغ ألبرت آينشتاين نظريته النسبية الخاصة، التي حلت المفارقات التي أثارها انتشار الضوء، وذلك بوساطة مفاهيم جديدة جذريا حول الزمان والمكان. وبعد 20 عاما طور الفيزيائيون ميكانيك الكم الذي وفر وصفا غريبا، لكنه دقيق لدرجة مدهشة، لسلوك الذرات.
لكن يانگ يحذر من أن أزمة عام 1904 تختلف كثيرا عن الأزمة الحالية. فقد نشأ التضارب آنذاك عن عدم مقدرة الأفكار السائدة مسبقا على تفسير النتائج التجريبية. ويؤكد يانگ "أن هذا النوع من التعارض جيد، أما الآن فنحن في نوع مختلف من المشكلات." ومع أن النسبية العامة والنظريات الكمومية متعارضة ظاهريا فإنه لا توجد أي تجربة ـ يمكن تصورها ـ بإمكانها التوجه مباشرة إلى هذا التعارض.
ويعلق يانگ: "هناك القليل جدا من التجارب" التي يمكنها تحقيق تقدم ملحوظ، أما "من دون التحقق فيكون الأمر كالرمي في الظلام." ويمكن لهذا المجال أن يتقدم أيضا من خلال بعض التقدم الكبير في الرياضيات، لكن يانگ يلاحظ أن مثل هذا التقدم كان، عبر التاريخ، نادرا جدا. وعلى أي حال لا يحتمل حدوث أي من الأمرين خلال الأعوام العشرين المقبلة. ومجال فيزياء الجسيمات، كما يقول يانگ، "في مشكلة، بل ومشكلة كبيرة."
أما الآن، وقد ولّى المصادم SSC، فإن الفيزيائيين يأملون بأن يجدوا وسيلة خلاص من خلال مصادم الهادرونات الكبير Large Hadron Collider LHC، وهو محطّم بروتونات مشابه إنما أصغر، يمكن أن يُبنى في المركز سيرن. وكان المركز سيرن قد رغب مرة في بناء المصادم LHC قبل المصادم الفائق، وربما يكون هو الأول في اكتشاف بوزون هيگز. والميزة الأساسية في المصادم LHC هي أنه سيبنى في نفق موجود مسبقا طوله 27 كيلومتر، وهو النفق الذي يضم الآن المصادم LEP. ويقدر الرسميون في المركز سيرن أن مصادم الهادرونات الكبير يمكن أن يبنى بمبلغ لا يتجاوز 3 بلايين دولار، أي بأقل من ثلث الكلفة التقديرية للمصادم SSC.
كان بعض المراقبين قد عبَّروا عن قلقهم من أن المجموعة الأوروبية يمكن أن تحذو حذو الكونغرس الأمريكي وتلغي، أو تؤجل إلى أجل غير مسمى، بناء المصادم LHC. إلا أن <S.L.سميث> الذي خلف روبيا في إدارة المركز سيرن في الشهر 1 /1994واثق من أن المصادم LHC سيُبنى وسيعمل في وقت ما من أوائل القرن المقبل. ويقول "لقد كنت واثقا على أي حال، أما الآن فيجب حتما أن نسير إلى الأمام، لأنه سيكون فريدا." وفي حين يعترف بأن بعض أعضاء المركز سيرن يخشون "من ضياع أصواتهم" إذا قررت الولايات المتحدة أن تسهم في مشروع المصادم LHC، إلا أنه يؤكد أن "لدينا التزامات بأن نجد طريقة" لجعل الفيزيائيين الأمريكيين يشاركون فيه.
يتوقع سميث أن يشغّل المركز سيرن المصادم LEP خلال نهاية هذا القرن وأن يتبعه مصادم الهادرونات الكبير بحلول عام 2003. وسيتيح هذا الجدول الزمني للفيزيائيين أن يستثمروا المصادم LEP بشكل كامل وأن يصمموا المصادم LHC بعناية. ويقول سميث: إن هناك خطرا على حيوية المجال إذا ما تركنا الموعد يبتعد أكثر، ويضيف: "لا يمكنك أن تبدأ تجربة وتتوقع أن ينهيها أحفادك."
ليس هناك ضمان بأن المصادم LHC سيُبنى ـ أو أنه سينجح، وكان الفيزيائيون الأمريكيون قبل القضاء على المصادم SSC في النهاية مولَعين بالإشارة إلى أنه بالرغم من أن المصادم LHC أرخص من المصادم SSC فإنه مشروع يحمل مجازفة أكبر. وبما أن مدى الطاقة في المصادم LHC ليس سوى ثلث تلك التي للمصادم SSC، فإنه ستكون لديه فرصة أقل لإيجاد بوزون هيگز أو جسيمات فائقة التناظر ـ أو بعض الظواهر غير المتوقعة. فضلا عن ذلك لا بد من أجل الوصول إلى مدى الطاقة تلك في نفقه الصغير نسبيا من دفع تقانة المغانط الفائقة التوصيل إلى أبعد حدودها. ومع ذلك فإن الفيزيائيين الأمريكيين يؤيدون الآلة التي كانوا سابقا ينتقدونها. ويعلق واينبرگ قائلا: إن المصادم LHC يمثل "أفضل آمالنا الآن."
التزلج على أمواج الپلازما
يأمل بعض العاملين، لا سيما أولئك الذين يتفكرون في الثقالة الكمومية، أن يتقدم مجال عملهم من خلال تقدم نظري درامي، وهذا يؤدي إلى فهم أعمق للظواهر التي يمكن التوصل إليها تجريبيا. ويقول وتّن: إن الفيزياء يمكن أن تقفز إلى الأمام حين يكتشف الباحثون ما أُسمّيه "المبادئ الهندسية الجوهرية" الموجودة في أساس نظرية الأوتار الفائقة. ويضيف زميله گروس المتحمس للأوتار: "لدي مخططات تخيلية ننجح فيها دون معطيات تجريبية."
ولكن حتى<S.R.كولمان> (من هار ڤارد) ـ الشهير بعمله حول مثل تلك الظواهر التأملية جدا مثل العوالم المتوازية parallel universes والثقوب الدودية wormholes، التي هي تمزقات في نسيج المكان والزمان ـ يجد مثل تلك المخططات بعيدة الاحتمال. ويقول: "إن التجربة هي مصدر الإبداع العلمي. فلم يكن بمقدور كل فلاسفة العالم ولو فكروا آلاف السنين أن يتوصلوا إلى ميكانيك الكم."
ويوافق على هذا الرأي <S.C.تينگ> وهو أستاذ في معهد ماساتشوستس للتقانة ورئيس أكبر المكشافات في المصادم LEP في المركز سيرن. ويشير إلى أن التقدم في الفيزياء خلال هذا القرن "كان يأتي على الدوام تقريبا من نتائج تجريبية غير متوقعة إطلاقا." أما اكتشاف المادة المضادة (التي تنبأ بها <M.A.P. ديراك> عام 1930) واكتشاف جسيمات Z و W (التي تنبأ بها واينبرگ وآخرون) فكانا استثناءين من هذه القاعدة.
ويجادل تينگ قائلا "إننا بحاجة إلى أفكار ثورية في تصميم المسرعات أكثر من حاجتنا إلى نظريات. فليس لدى معظم الجامعات مقررات دراسية في المسرعات. ومن دون مثل هذه المقررات، ومن دون إدخال أفكار جديدة فإن هذا المجال العلمي سيموت." ويضيف: إن هذا يبقى صحيحا حتى لو تم بناء المصادم SSC.
كانت الخطط تسير قُدُماً، منذ بعض الوقت، لإنشاء مسرع خطي كبير أقل قدرة من المصادم SSC لكنه يستطيع تزويدنا بحسابات أكثر دقة، أو "أنظف". والمشروع، الذي يتضمن تعاون فيزيائيين من الولايات المتحدة وأوروبا وآسيا، هو المصادم الخطي التالي (Next Linear Collider NLC . ووفقا للتصور الجاري، فإن هذه الآلة ستتألف من نفق طوله نحو 20 كيلومتر تندفع فيه الإلكترونات والبوزترونات ليصدم أحدها الآخر. ويقول المشاركون إنهم يحاولون تجنب المشكلات التي حكمت على المصادم SSC بالإخفاق وذلك بالتأكد من أن الأسس التقنية والسياسية والتمويلية للمسرع قد تم إرساؤها قبل البدء بالبناء. ويؤكدون بصورة خاصة أن المسرع لن ينجح ما لم يحظ بدعم دولي.
وهناك مخططات مسرعات مختلفة تماما. تتم دراستها في جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس وفي مختبر أرگون القومي وأمكنة أخرى. وهناك تقنية تدعى التسريع بوساطة موجة خفقان الپلازما plasma beat-wave acceleration وتتضمن إرسال نبضة ليزرية خلال حجرة تحوي جسيمات متعاكسة الشحنة، أو پلازما. تُحدث النبضة الكهرطيسية موجة في الپلازما تستطيع الإلكترونات أن "تُحمل" عليها لتبلغ طاقات عالية. وهناك طريقة مشابهة، هي التسريع بوساطة الحقل الأثر wake-field acceleration، تولّد فيها الموجة بوساطة حزمة من الإلكترونات بدلا من الليزر. ويقدِّر <J.D. سيمپسون> (من أرگون) أنه يلزم ما بين 15 و 20 عاما لكي تنضج هذه التقانات، ويقول: "هناك الكثير من المشكلات التي ينبغي التغلب عليها."
ويؤكد جورجي أنه ما من آلة يمكن تصورها سوف تثبت التوحيد الكبير أو الكلي، وفي أحسن الأحوال يمكن للتجارب أن تؤدي إلى دليل عَرَضي فقط. ويقول: "لقد أُفسدنا خلال العقود القليلة الماضية لأنك لا تحصل على واحد فقط [من البيانات المؤكدة للنظرية] وإنما على عدد منها، بحيث تعرف بالفعل أنك على صواب. أما الآن فأخشى أن نكون مضطرين لأن نرضى بالبيانات التي لا تقنع إلا أولئك الذين كانوا مقتنعين أصلا." ويضيف: "إنها مشكلة دائمة، فنحن نصطدم بنهاية أساسية للطبيعة."
يدّعي بعض الفيزيائيين، لا سيما الأوروبيون، أنهم يرون أمامهم تحديات لا مآزق. ويصرّح <U.أمالدي>(من المركز سيرن): "أزمة؟ كلا. إنني لا أرى أي أزمة. نحن نحتاج كل يوم إلى طرق جديدة لبناء صور جديدة للطبيعة." ويعتقد دي روجولا أن على الفيزيائيين أن يكونوا شاكرين لأنهم ليسوا على شفا إيجاد نظرية نهائية. ويعلق قائلا: "لو تم تحويل العلم إلى طقوس دينية لكان ذلك شيئا محبطا."
ومع ذلك فإن بعضا من أقرانهم الأمريكيين يخشون من تفكك هذا الفرع وهم بانتظار بعض الفتوحات المأمولة في المسرعات أو في الرياضيات، ويذكّر لدِرمان ـ وهو نصير دؤوب لتعليم العلوم، حتى إنه مازال يدرّس فيزياء المرحلة الجامعية الأولى ـ أنه منذ إلغاء المصادم SSC عبّر عدد من طلبته عن قلقهم، ويقول: "يسألونني: ماذا يعني هذا؟ فأقول لهم: لست أدري." ويشرد لحظة ثم يتابع: "لو أنني كنت شابا لدخلت علوم الدماغ أو الشواش chaos أو علم الحاسوب."
ويكشف گلاشو النقاب عن أن عددا من أذكى طلبة الدراسات العليا في هارڤارد قد ارتدّوا إلى وول ستريت، ويضيف: إن "<زاكس گولدمان> يحب الفيزيائيين النظريين." ويلاحظ جورجي أنه حتى قبل تصفية المصادم SSC أدى الهبوط الاقتصادي وتدفق الفيزيائيين من أوروبا الشرقية إلى نقص في وظائف الفيزيائيين في الولايات المتحدة. ويضيف إنه مع ذلك هناك شباب رائعون يدخلون هذا الفرع بدافع الأهمية البالغة للتساؤلات التي يطرحها.
لقد عبر فارادي، كأي واحد آخر، عن علة صعوبة التخلي عن الأمل في أن تحكم الطبيعة قوة وحيدة، فقد كتب هذا العالم البريطاني: "إذا ثبت أن لهذا الأمل أساسا متينا، فكم تكون القوة التي أحاول التعامل معها عظيمة وجبارة وسامية في كونها لم تتغير حتى الآن، وكم هو واسع حقل المعرفة الجديد الذي يمكن أن ينفتح أمام عقل الإنسان؟"
(1) الكواركات هي إحدى الأسر الرئيسية للجسيمات الأولية، وهي ذات تفاعلات قوية. و يسمح الميكانيك اللوني (الكروموديناميك) الكمومي quantum chromodynamics بوجود نحو 18 نوعا (نكهة) من هذه الكواركات، منها: الكواركات العلوية، السفلية، المفتونة، الذروية (القمة)، القعرية (القاع) والغريبة. ويرمز إليها على التوالي ب: u، d، c، t، b و s. وأول من أطلق هذا الاسم على الجسيمات، هو عالم الفيزياء النظرية <گيل ـ مان>. ويقال إنه استقاها من رواية الكاتب الإيرلندي جيمس جويس، الذي كان قد استخدمها ككلمة سرٍ من دون معنى. (التحرير)
