تئوری میدان؛ زبان فیزیک

[Sardar]

میدانها، برای اولین بار توسط مایکل فاراده دانشمند بزرگ انگلیسی در قرن نوزدهم، معرفی شد. فارادی نابغه ای خود آموخته بود که آزمایش های دشواری را در زمینه الکتریسته و مغناطیس انجام داد. وی «خطوط نیـــرو» را ابداع نمود که از بارهای الکتریکی و مغناطیسی در تمام جهات صادر شده و فضای اطراف را اشغال می کنند. فارادی به کمک ابزار در دسترس خود، توانست شدت این خطوط نیروی ناشی از یک بار مغناطیسی یا الکتریکی را در هر نقط از آزمایشگاهش اندازه گیری کند. بدین ترتیب توانست یک سری اعداد (شدت و جهت نیرو) برای آن نقطه ( و هر نقطه دیگر در فضا) نسبت دهد. فاراده؛ مجموعه این اعداد را در هر نقطه از فضا، به عنوان یک مفهوم واحد، یعنی میــــدان نام نهاد.

به زبانی ساده؛ یک میدان مجموعه ای از اعداد است که در هر نقطه از فضا تعریف شده اند و یک نیرو را بطور کامل در آن نقطه توصیف می کنند. برای مثال در هر نقطه فضا، سه عدد می توانند شدت و جهت خطوط نیروی مغناطیسی را توصیف کنند و سه عدد دیگر در نقطه ای دیگر، می توانند میدان الکتریکی را توصیف کنند. میدان فاراده، یک ناحیه سه بعدی ز فضا را به خود اختصاص می دهد. در هر نقطه یک مجموعه متشکل از شش عدد وجود دارد که هم خطوط نیروی مغناطیسی و هم خطوط نیروی الکتریکی را معین می سازد. آنچه مفهوم میدان فارادی را بسیار قدرتمند می سازد، این است که تمام نیروهای طبیعت می توانند به عنوان یک میدان بیان شوند. قبل از اینکه بتوانیم طبیعت هر یک از این نیروها را درک کنیم به جزئیات بیشتری نیاز داریم. ما باید قادر به نوشتن معادلاتی باشیم که این میدانها از آنها تبعیت می کنند. میتوان پیشرفت فیزیک نظری در یکصد سال گذشته از در جستجو برای یافتن معادلات میدان برای نیروهای طبیعت خلاصه کرد.

برای مثال، جیمـــز کلارک ماکسول، فیزیکدان اسکاتلندی در سال 1860 معادلات میدان مربوط به الکتریسته و مغناطیس را بدست آورد. در سال 1915، انیشتین، معادلات میدان برای گرانش را کشف کرد. بدنبال تلاشهای فراوان و نا موفق اولیه، در نهایت معادلات میدان مربوط به نیروهای زیر اتمی؛ در سال 1970، با استفاده از کارهای قبلی یانگ و شاگردش میــلز نوشته شدنـــد. امروزه این میدانها که بر اندر کنشهای تمام ذرات زیر اتمی حاکم هستنــد، میدانهای یانگ – میلـز نامیده می شونــد.

با این وجود، معمایی که فیزیکدانان قرن حاضر را به ستوه آورده، این است که چـــرا معادلات میدان زیر اتمی تا این اندازه با معادلات میدان انیشتین متفاوت ظاهر می شود؟ چرا نیروی هسته ای این قدر متفاوت از نیروی گرانش به نظر می رسد؟

شاید علت عدم موفقیت آنها؛ فریب خوردنشان از درک عقلی خودشان باشد. متحد نمودن معادلات میدان زیر اتمی و گرانش با محدود بودن به سه یا چهــار بعد، مشکل خواهد بود. در تئوری ابر فضا؛ میدان یانگ – میلـــز، میدان ماکسول و میدان انیشتین، همگی می توانند به راحتی در میدان ابر فضا قرار داده شوند و همچنین مشاهده می شود که این میدانهـــا با یکدیگر در میدان ابر فضا؛ مانند قطعات مجزایی از یک شکل در هم ریخته جور درآمـــده و یکدیگر را تکمیل می کنند. مزیت دیگر تئوری میدان، قادر ساختن ما به محاسبه دقیق مقدار انرژی هایی است که انتظار داریم بواسطه آنهــا، فضا و زمان بتواند تشکیل کرم چاله را امکان پذیر سازد.





برگرفتـــه از کتاب: ابـــــر فضا؛ میچـــو کاکو

Hyper Space; Michio Kaku
review-of-physics.blogfa.com