إضافةً إلى صعوبة إعادة التطبيع، تكمن المشكلة مع نظريات المقياس في أنها ليست فريدة. فمثلما أنَّ نظرية مقياس واحدة تتضمَّن لا نهائيات لا بد من تكييفها لتلائم الواقع عن طريق إعادة التطبيع، يوجد أيضًا عدد لا نهائي من نظريات القياس المحتملة، وتلك النظريات المختارة لوصف تفاعلات الفيزياء لا بد أن تُكيّف بالطريقة نفسها،

شكل 5: يحدث اختلال التناظر عندما يبرد قضيب من مادة مغناطيسية.

وعلى أساس مخصص بالدرجة نفسها، لتلائم مشاهدات العالم الواقعي. الأسوأ من ذلك أنه لا يوجد في نظريات المقياس ما يوضّح العدد الذي ينبغي أن يوجد من أنواع الجسيمات المختلفة؛ أي لا يوجد ما يوضّح عدد الباريونات أو اللبتونات جسيمات من عائلة الإلكترونات)، أو بوزونات المقياس، أو أي شيء آخر. من ناحية مثالية، يودُّ الفيزيائيون التوصل إلى نظرية فريدة لا تستلزم إلا عددًا معينًا من أنواع معينة من الجسيمات لتفسير العالم الفيزيائي. وفي عام ١٩٧٤، تحققت خطوة في اتجاه تشكيل مثل هذه النظرية مع ابتكار التناظر الفائق.

جاءت الفكرة من أعمال يوليوس وايس من جامعة كارلسروه، وبرونو زمينو من جامعة كاليفورنيا بولاية بيركلي بدأ الاثنان بتخمين ما يجب أن تكون عليه الأمور في عالم مثالي التناظر، وهو أن يكون لكل فيرميون بوزون مقابل مساو له في الكتلة. إننا لا نرى في الطبيعة هذا النوع من التناظر فعليًّا، لكن تفسير ذلك قد يكون أنَّ التناظر اختل مثل التناظر الذي يتضمَّن التفاعلات الكهرومغناطيسية والتفاعلات الضعيفة. ومن المؤكد بما فيه الكفاية أنك إذا أجريت العمليات الرياضية، فستجد طرقًا تصف التناظرات الفائقة التي وجدت خلال الانفجار الكبير، لكنها اختلت بحيث اكتسبت الجسيمات اليومية في الفيزياء كتلة صغيرة بينما اكتسبت شريكتها الفائقة كتلة كبيرة جدا. لم يكن من الممكن للجسيمات الفائقة حينئذٍ أن توجد إلا لزمن قصير قبل انقسامها إلى فيض من الجسيمات

شكل ٦: يمكن فهم اختلال التناظر المغناطيسي في الشكل ٥ بتخيل كرة في واد. في حالة وجود واد واحد تكون الكرة في حالة تناظر مستقرة. وفي حالة وجود واديين، يصبح التناظر غير مستقر، ولا بد من أن تقع الكرة عاجلا أو آجلاً في أحد الواديين فيختل بذلك التناظر.

الأقل كتلة، ولتكوين مثل هذه الجسيمات الفائقة اليوم، فإننا نحتاج إلى تهيئة ظروف مثل ظروف الانفجار الكبير، وتلك ظروف تتسم بطاقة هائلة بالطبع، فلن يكون من المستغرب إذن أن تفشل حتى أشعة البروتونات / مضادات البروتونات المتصادمة في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية في إنتاجها.

إن ذلك كله قائم على الاحتمالات. غير أنَّ ذلك ينطوي على ميزة عظيمة. لا يزال هناك أنواع مختلفة من نظريات المجال للتناظر الفائق تمثل تنويعات على الفكرة الأساسية، لكن قيود التناظر تعني أن كل نسخة من النظرية لا تسمح إلا بوجود عدد محدود من أنواع الجسيمات المختلفة. بعض النسخ تحتوي على مئات من الجسيمات الأساسية المختلفة، وهو احتمال مخيف، لكن بعضها الآخر يتضمَّن عددًا أقل كثيرًا، ولا تتنبأ أي من النظريات باحتمالية وجود عدد لا نهائي من الجسيمات الأساسية». والأفضل من ذلك أن الجسيمات مرتبةٌ بانتظام في مجموعات عائلية في كلٌّ من نظريات التماثل الفائق. في النسخة الأبسط، يوجد بوزون واحد فقط حركته المغزلية تساوي صفرًا مع شريك حركته المغزلية تساوي -2/1؛ بينما تتضمن إحدى النسخ الأكثر تعقيدا لها اثنين من البوزونات بحركة مغزلية تساوي -1 وفيرميون واحدًا حركته المغزلية -2/1 وفيرميون آخر حركته المغزلية 2/3. وهكذا لكنَّ أحسنَ الأخبار لم تأتِ حتى الآن. وهو أنه في نظريات التناظر الفائق لا يكون عليك دائمًا أن تقلق بشأن إعادة التطبيع. ففي بعض هذه النظريات تلغي اللانهائيات بعضها بعضًا تلقائيا وليس بطريقة معينة، متبعة بذلك القواعد السليمة للرياضيات مع التخلي عن الأعداد المحدودة والمعقولة. يبدو التناظر الفائق جيدًا، لكنه ليس الجواب النهائي حتى الآن. فثمة شيء ناقص لا يعرفه الفيزيائيون تتلاءم النظريات المختلفة مع السمات المختلفة للعالم الحقيقي بصورة جيدة، لكن لا توجد نظرية مفردة للتناظر الفائق تفسر العالم الحقيقي كله. ومع ذلك، ثمة نظرية بعينها للتناظر الفائق تستحق الذكر بصفة خاصة. إنها نظرية الجاذبية الفائقة 8 = N.

تبدأ نظرية الجاذبية الفائقة هذه بجسيم افتراضي يُسمى «جرافيتون» هو الذي يحمل مجال الجاذبية. إضافةً إلى هذا الجسيم، توجد ثمانية جسيمات أخرى تسمى جرافيتونات؛ ومن هنا يأتي الاسم 8 = N، و56 جسيمًا «واقعيًّا» مثل الكواركات والإلكترونات، و98 جسيمًا تشترك في توسط التفاعلات فوتونات، وجسيمات W والكثير من الجليونات. هذا عدد هائل من الجسيمات، لكن النظرية تحدده على وجه الدقة، دون أي مجال لجسيمات أخرى. يمكن معرفة نوع الصعوبات التي يواجهها الفيزيائيون في اختبار النظرية من خلال النظر في أمر الجرافيتونات. فهذه الجسيمات لم تكتشف قط، ويعود ذلك لسببين متضادين تمامًا. ربما تكون هذه الجرافيتونات جسيمات مراوغة شبحية ذات كتلة ضئيلة جدا ولا تتفاعل مع أي شيء بالمرة. أو ربما تكون كتلتها كبيرةً للغاية حتى إن أجهزة توليد الجسيمات المتاحة لدينا في الوقت الحالي غير كافية لتقديم الطاقة اللازمة لتخليقها ورصدها إنَّ المشكلات التي تواجه النظرية هائلة بالطبع، لكن النظريات المشابهة للجاذبية الفائقة متسقة على الأقل ومحدّدة، ولا تحتاج إلى إعادة التطبيع. ثمة شعور بأن الفيزيائيين على المسار الصحيح بالرغم من ذلك، إذا كانت معجلات الجسيمات غير مناسبة لاختبار النظرية، فكيف يمكنهم التأكد منها؟ وهذا هو السبب في أن علم الكونيات، من مجالات العلم المزدهرة في هذه الأيام. ومثلما قال هاينز باجليز المدير العام لأكاديمية العلوم بنيويورك في عام 1983: لقد دخلنا بالفعل عصر فيزياء ما بعد المعجلات، الذي يجعل من تاريخ الكون بأكمله أرضًا لاختبار الفيزياء الأساسية وإثباتها. وليس علماء الكون أقل حماسًا لتقبل فيزياء الجسيمات. ⁽⁶⁾

هوامش

(6) Quoted in Science, 29 April 1983, volume 220, page 491.

مواضيع ذات صلة

ميكانيكا الكم الخاصة بالروابط

ما الفائدة؟

إعادة النظر في اللامحلية

عوالم متعدّدة

هل نغيّر الفيزياء؟

الاحتمالات والقياسات

مبرهنة بيل وضرورة اللامحلية

الترابط والتشابك

الحالات الكمية والتراكب الكمي

التداخل والقياس

ألغاز الكم

Equipartition and the quantum oscillator