المعضلات الكبرى للفيزياء و ازمة فيزياء الجسيمات

 

معضلات الفيزياء الكبرى يمكن تقسيهما الى ستة محاور كبرى (المحاور التفصيلية فى الاسفل):

-معضلة الثقالة الكمومية quantum gravity (الفيزياء النظرية الرياضية و العددية).

-معضلة اسس الميكانيك الكمومى foundation of quantum mechanics (الفيزياء النظرية الرياضية و الفلسفية).

-مسألة التوحيد problem of unification اى توحيد القوى و الجسيمات الاولية (فيزياء الجسيمات الاولية).

-معضلة الثوابت الطبيعية او ما يسمى معضلة الدوزنة fine-tunning problem (الفيزياء النظرية و فيزياء الجسيمات الاولية).

-معضلة الطاقة المظلمة و المادة المظلمة (الفيزياء النظرية و الكوسمولوجيا).

-معضلة الحياة و الوعى (فيزياء البيولوجيا و فيزياء النفس).

اما القصة كجميع القصص المثيرة فهى تبدأ مع نهاية القرن التاسع عشر.

فى عام 1900 اعلن كلفن Kelvin -الفيزيائى الكلاسيكى الكبير- انه لم يبقى شيء يمكن اكتشافه فى الفيزياء و ان الفيزياء قد اكتمل بناؤها و لم يبقى الا تحقيق قياسات ادق للمقادير الفيزيائية و الثوابت الطبيعية.

لكن مفارقة الاقدار تشاء شيئا آخر.

فانه بعد تصريح كلفن بأشهر قليلة اكتشف بلانك Planck -الفيزيائى الكلاسيكى الكبير الآخر و اول فيزيائى كمومى- ظاهرة تكميم الفعل الكلاسيكى quantization of the classical action او ما يعرف شعبيا بتكميم الاشعاع الكهرومغناطيسى و ان الضوء مشكل من كمات quanta او جسيمات اولية تم اكتشافها فيما بعد هى الفوتونات.

انطلاقا من هذا الاكتشاف لبلانك بدأت اكتشافات ثورية فى الفيزياء تبقى على رأسها تجلس فى شموخ كل من نظريتى الميكانيك الكمومى و النسبية العامة.

بعد اكثر من قرن من تصريح كلفن -المتفائل الساذج- و اكتشاف بلانك -الذى لم يكن راضيا عنه-يبقى السؤال فعلا هو ماهى اهم المعضلات الكبرى التى تواجه الفيزياء.

فعلا الوضع سيء جدا بمعنى انه رغم كل النجاحات المحققة فان هناك كثير من المعضلات التى مازالت تواجه الفيزياء و بعضها صعب جدا (الثقالة او الجاذبية الكمومية) و بعضها واجهته خيبة امل تجريبية كبيرة (فيزياء الجسيمات).

ففيزياء الجسيمات الآن تعانى ازمة شديد بعد صرف 20 مليار دولار على مسرع ال LHC من اجل اكتشاف فيزياء ماوراء النموذج القياسى وبخاصة جسيمات الويمب WIMP و الجسيمات الممتازة superparticles لكن الذى وقع هو العكس تماما اى التكذيب النهائى تقريبا لما يسمى النموذج القياسى المتناظر بامتياز الاصغرى او ما يرمز له ب MSSM اى minimal supersymmetric standard model وهو النموذج الذى هيمن على دراسات مابعد النموذج القياسى beyond the standard model للجسيمات الاولية لما يقارب ال 40 سنة تقريبا.

هذا الفشل التجريبى الذريع شجع كل هؤلاء الذين يعادون ايديولوجيا نظريات المجال المتناظر بامتياز و نظريات الاوتار الممتازة الى اخراج رؤوسهم من جحورهم و تهجمهم الشديد الشخصى و ليس النقدى على فكرة التناظر الممتاز و خاصة ان هذه الفكرة هى اول فكرة نظرية عميقة تفشل تجريبيا فى التاريخ.

لكن علينا ان نؤكد لمن لا يعرف وهم كثر من الطلبة و الاساتذة ان هذا الفشل التجريبى هو ليس حكما على التناظر الممتاز الذى هو تناظر كأى تناظر آخر لكن هو حكم بالفشل على نموذج ال MSSM الذى يجب علينا تغييره وهذا طبيعى فى الفيزياء.

لكن الايديولوجيون يريدون خلط هذا بهذا وهم يستميتون فى ذلك. فعلا اصبحت الاجواء مسمومة مع كتابات هؤلاء.

لكن علينا ان نقر ان فيزياء الجسيمات الاولية هى فعلا فى ازمة الآن شارك فيها اهلها -بطريقتهم الركيكة فى الدراسة و البحث و النشر- قبل غيرهم.

لكن فعلا ماهى اهم المعضلات فى الفيزياء اليوم?

هذه قائمة حسب رأيى الشخصى:

اولا نظرية الثقالة الكمومية (وتسمى ايضا نظرية كل شيء) التى يتم فيها توحيد الميكانيك الكمومى مع النسبية العامة و يتم فيها توحيد القوى الاربعة و يتم فيها معرفة أصل الثوابت الفيزيائية او ما يسمى مشكلة الدوزنة fine-tunning اى من اين جاءت الثوابت الفيزيائية بقيمها التى تأخذها.

ثانيا معضلة الرصد measurement paradox الكمومى و تفسير الميكانيك الكمومى.

ثالثا معضلة المفردات العارية naked singularities (مثلا مفردة الانفجار الاكبر) ومعضلة السفر فى الزمن time travel.

رابعا معضلة ضياع المعلومات information loss paradox فى الثقب الاسود.

خامسا معضلة السهم فى الزمن arrow of time و الزمن الكمومى الذى يسمى معضلة الزمن problem of time.

سادسا معضلة الكتلة mass من اين جاءت و معضلة التسلسل الهرمى او معضلة الهايراركى hierarchy problem.

سابعا معضلة الثابت الكوسمولوجى cosmological constant problem و الطاقة المظلمة و طاقة الفراغ الكمومى quantum vaccum التى يعتقد انه نفس الشيء.

ثامنا معضلة المادة المظلمة التى تفسرها التناظر الممتاز. اذن اين هو التناظر الممتاز?

تاسعا معضلة نظريات يانغ-ميلز Yang-Mills theories و الانحباس اللونى color confinement و الفجوة الكتلية mass gap وهذه هى المعضلة التى سيعطى عليها مركز كلاى Clay Institute مليون دولار كجائزة.

عاشرا معضلة وجود نظرية المجال الكمومى او ما يسمى الصياغة البديهية axiomatic formulation لنظرية المجال الكمومى.

احدى عشر معضلة اللاتناظر asymmetry بين المادة matter و المادة-المضادة anti-matter المشاهد فى الكون. وهذه مرتبطة بمعضلة غصب violation تناظرات ال CP و T فى التفاعلات النووية الضعيفة (حيث ان T هو العكس فى الزمن) و ايضا التناظر الباريونى Baryonic symmetry.

اثنى عشر معضلة حجم و شكل و عمر الكون.

ثلاثة عشر معضلة التعقيد complexity problem و كيف ظهرت الحياة من المادة و كيف ظهر الوعى من الحياة.

اريعة عشر معضلة العوالم الموازية parallel worlds و عديد-العوالم many-worlds و متعدد-الاكوان multiverse.

خمسة عشر معضلة اللاخطية non-linearity التى تميز الظواهر الكلاسيكية (وبالخصوص الفوضى chaos و ظاهرة الاحتكاك و الدوامات turbulence و الطقس و غيرها) عكس الظواهر الكمومية التى هى كلها خطية.

ستة عشر معضلة الابعاد الاضافية extra dimensions.