موضوعی درمورد فیزیک هست
که از زمان بچگی من فکرم رو درگیر کرده.
و مربوط میشه به سوالی که
دانشمندان ۱۰۰ ساله که مطرحاش میکنند،
بدون هیچ پاسخی،
چطور کوچکترین ذرات طبیعت،
ذرات دنیای کوانتوم،
به وسیلهی جاذبه در کنار بزرگترینهای طبیعت --
سیارهها و ستارهها و کهکشانها قرار میگیرند؟
در کودکی، من با این سوالها گیج میشدم.
با میکروسکوپها و الکترومغناطیس وقتم رو میگذروندم،
و درمورد نیروهای ذرات مطالعه میکردم
و درمورد مکانیک کوانتومی
و متحیر میشدم که چطور این تعاریف
با مشاهدات ما هماهنگ هستند.
بعد به ستارهها نگاه کردم،
و درمورد این خوندم که چقدر خوب گرانش رو میشناسیم،
و با اطمینان فکر میکردم، باید راه زیرکانهای باشه
که این دو سیستم رو ربط بده.
اما چنین راهی نیست.
و در کتابها نوشتهاند،
آره، ما خیلی زیاد در مورد این دو دنیای متفاوت اطلاع داریم،
اما وقتی سعی میکنیم از لحاظ ریاضی پیوندشون بدیم
همه چیز خراب میشه.
و به مدت ۱۰۰ سال،
هیچ یک از ایدههای ما برای حل کردن این فاجعهی اساسی در فیزیک،
با شواهد همراه نبودهاند.
و برای طفلی که من بودم --
جیمز کوچولوی کنجکاو و شکاک --
این پاسخی به شدت غیرقابل باور بود.
خوب، من هنوزم اون طفل شکاک هستم.
به زمان حال بازگردیم در دسامبر سال ۲۰۱۵،
وقتی خودم رو در وسط دنیای فیزیک
وارونه شده پیدا کردم.
همهاش از زمانی شروع شد که ما در سرن چیز عجیبی در اطلاعاتمان دیدیم:
اشارهای به یک ذرهی جدید،
سرنخی از یک پاسخ احتمالی خارقالعاده برای آن سوال.
خوب من هنوز هم همان طفل کنجکاوم فکر کنم،
ولی حالا یک شکارچی ذرات هم هستم.
من یک فیزیکدان عضو برخورد دهندهی بزرگ هادرونی (الاچسی) در سرن هستم،
بزرگترین سازهی علمی که تاکنون ساخته شده.
این شتاب دهنده یک تونل ۲۷ کیلومتری است در مرز فرانسه و سوئیس
در عمق ۱۰۰ متری زمین.
و در این تونل،
ما از مغناطیسهای ابررسانایی که سردتر از عمق فضا است
برای شتاب دادن به پروتونها تا حد سرعت نور استفاده میکنیم
و میلیونها بار در ثانیه به هم میکوبیمشان،
بعد بقایای این برخوردها را جمع میکنیم
برای جستجوی ذرات بنیادی کشف نشده و جدید.
طراحی و ساخت اون دهها سال وقت برده
با تلاش هزاران فیزیکدان از سراسر جهان،
و در تابستان سال ۲۰۱۵،
داشتیم سخت کار میکردیم که الاچسی رو برسونیم
به بالاترین انرژی که انسان تا بحال در یک برخورد دهنده به کار برده.
حالا، انرژی بیشتر مهم است
چون برای ذرات یک همارزی هست
بین انرژی و جرم ذره،
و جرم تنها یک عدد است که توسط طبیعت بیان میشه.
برای کشف ذرات جدید،
باید به این اعداد بزرگتر دست پیدا کنیم.
و برای این کار، باید برخورد دهندهی بزرگتر و با انرژی بالاتری بسازیم،
و بزرگترین و پر انرژیترین برخورد دهنده در دنیا
برخورد دهنده بزرگ هادرونی است.
و بعدش، پروتونها رو میلیونها میلیارد بار برخورد میدهیم،
و این اطلاعات رو به آرامی طی چندین و چند ماه جمعآوری میکنیم.
و بعد ذرات جدید شاید به صورت موجهایی در اطلاعات ما ظاهر شوند --
تغییری کوچکتر از آنچه فکرش را کنید،
چند نقطهی اطلاعاتی کوچک که یک خط صاف را ناصاف میکنند.
مثلاً این موج،
بعد از ماهها اطلاعاتگیری در سال ۲۰۱۲،
به کشف ذرات هیگز --
بوزون هیگز --
و به یک جایزه نوبل به خاطر تأیید وجودش انجامید.
و این پرش انرژی در سال ۲۰۱۵
بیانگر بهترین شانسی بود که تا به حال نوع بشر داشته
در کشف ذرات --
پاسخهای تازه به این سوالهای طولانی مدت،
چون تقریباً دو برابر انرژی بیشتری صرف آن کردیم
زمانیکه ذرات بوزون هیگز را کشف کردیم.
خیلی از همکاران من تمام ساعات کارشان را به خاطر این لحظه کار کرده بودند،
و راستش، برای طفل کنجکاوم،
این لحظهای بود که تمام عمرم منتظرش بودم.
پس سال ۲۰۱۵ بزنگاهش بود.
حالا ژوئن سال ۲۰۱۵
دوباره الاچسی روشن شد.
من و همکارانم نفسمون رو حبس کرده و ناخنهامون رو میساییدیم.
و بالاخره شاهد اولین برخورد پروتونها بودیم
در این بالاترین انرژی تاریخ.
تشویق، شامپاین، جشن.
مرحلهی مهمی از علم بود،
و نمیدانستیم چه چیزی در این اطلاعات جدید پیدا خواهیم کرد.
و چند هفته بعدش، یک موج پیدا کردیم.
برجستگی بزرگی نبود،
اما اونقدری بزرگ بود که خم به ابروهاتون بیارید.
ولی در نسبتی یک به ۱۰ در بالابردن ابروها،
اگر ۱۰ نشانگر کشف ذرهی جدیدی باشه،
این ابرو از درجهی ۴ بلند شد.
(خنده تماشاگران)
من ساعتها، روزها، هفتهها در جلسههای محرمانه گذراندم،
در بحث با همکارانم سر این موج کوچک،
عقب جلو کردنش با بیرحمترین چوبهای آزمایشگرمون
که ببینیم آیا بررسی بیشتر رو طاقت میاره.
اما بعد از ماهها کار بیقرارانه --
خوابیدن در دفتر کارمون و نرفتن به خونه،
خوردن شکلات به جای شام،
پارچ پارچ قهوه خوردن --
فیزیکدانها ماشینهای تبدیل قهوه به نمودار هستند --
(خنده تماشاگران)
این موج کوچک از جاش تکان نخورد.
پس بعد از چند ماه،
موج کوچکمان را با یک پیام روشن به دنیا ارائه دادیم:
این موج کوچک جالب هست اما قطعی نیست،
پس بیایید حواسمان به آن باشد تا اطلاعات جدید برسد.
بنابراین سعی داشتیم شدیداً در قبال آن خونسرد باشیم.
اما دنیا راه خودش رو رفت.
خبرگزاریها عاشقاش شدند.
مردم میگفتن این اونها رو متوجه موج کوچکی کرده
که راه کشف بوزن هیگز رو نشونشون میده.
بهتر از اون، همکاران نظریهپرداز من --
عاشق همکاران نظریهپردازم هستم --
همکاران نظریهپرداز من ۵۰۰ مقاله در مورد این موجک نوشتند.
(خنده تماشاگران)
دنیای فیزیک ذرات از این رو به اون رو شد.
اما چه چیزی در این موج خاص بود
که باعث شد هزاران فیزیکدان با هم سر از پای خود نشناسند؟
این موج کوچک خاص بود.
این موج کوچک میگفت که
ما به طور غیر منتظرهای شاهد تعداد زیادی برخورد بودیم
که بقایای آنها فقط از دو فوتون تشکیل شده،
دو ذرهی نور.
و این کمیابه.
برخورد ذرهها مثل برخورد خودروها نیست.
قانونهاشون فرق داره.
وقتی دو ذره تقریبا با سرعت نور به هم برخورد میکنن،
وارد دنیای کوانتوم میشیم.
و در دنیای کوانتوم،
این دو ذره به ندرت میتوانند ذرهای جدید بسازند
که برای کسری از ثانیه ماندگار شود
قبل از اینکه به ذرات دیگری تجزیه شده و جذب آشکارساز ما بشود.
تصادف خودروها را در نظر بگیرید که بر اثر برخورد ناپدید شوند،
و یک دوچرخه به جایشان ظاهر شود --
(خنده تماشاگران)
بعدش دوچرخه منفجر شده و به دو تخته اسکیت تبدیل شود،
که به آشکارساز ما برسد.
(خنده تماشاگران)
با امید، نه با یقین.
خیلی گرانقیمتاند.
رویدادهایی که در آن تنها دو فوتون به آشکارساز ما برسند کمیاب هستند.
و به خاطر ویژگی مخصوص فوتونها،
تعداد احتمالی خیلی کمی از ذرات جدید هستند --
این دوچرخههای اسرارآمیز --
که میتوانند تنها دو فوتون تولید کنند.
اما یکی از این گزینهها خیلی مهم است،
و مربوط میشود به آن سوال طولانی مدت
که از زمان بچگیام آزارم میداد،
در مورد گرانش.
گرانش شاید برای شما خیلی عجیب باشد،
اما در واقع نسبت به دیگر نیروهای طبیعت نیرویی است به شدت ضعیف.
میتوانم با پریدن شکستش دهم،
اما نمیتوانم یک پروتون را در دست بگیرم.
قدرت گرانش در مقایسه با دیگر نیروهای طبیعت؟
۱۰ به توان منفی ۳۹ است.
یعنی یک اعشار و ۳۹ تا صفر پشتش.
بدتر،
بقیهی نیروهای شناخته شدهی طبیعت به خوبی توسط چیزی که
مدل استاندارد مینامیم توصیف شدهاند،
که بهترین توصیف طبیعت در کوچکترین مقیاسها است،
و به واقع،
یکی از موفقترین دستاوردهای بشریت --
به جز گرانش، که در مدل استاندارد حضور نداره.
این دیوانگیه.
انگار که بیشترِ گرانش گم شده باشه.
ما بخش کوچکی از اون رو احساس میکنیم،
اما بقیهش کجاست؟
کسی نمیدونه.
اما یک توضیح نظری راه حل عجیبی ارائه میده.
من و شما --
حتی شما اون پشت --
همگی در فضایی سه بعدی زندگی میکنیم.
امیدوارم این جمله بحثانگیز نباشه.
(خنده تماشاگران)
تمام ذرات شناخته شده هم در فضایی سه بعدی هستند.
در واقع، ذره نام دیگری است
برای یک برانگیختگی در میدان سه بعدی،
یک محدودهی مرتعش در فضا.
مهمتر آنکه، همهی ریاضیاتی که برای این موضوع به کار میبریم
با این فرض است که فضا فقط سه بعدی است.
اما ریاضی ریاضی است، و میتوانیم هرطور بخواهیم با آن بازی کنیم.
و بعضیها هم با استفاده از ابعاد بیشتر فضا در دورهای طولانی
مشغول آن شدند،
اما این همیشه یک مفهوم انتزاعی ریاضی بوده است.
حالا فقط به اطرافتون نگاه کنید -- تو اون عقب، نگاه کن --
واضحه که تنها سه بعد در فضا هست.
اما اگر اینطور نباشه چی؟
اگر گرانش نیست شده به یک بعد چهارمی نشت کرده باشه
که برای من و شما قابل درک نیست چی؟
اگر گرانش درست به اندازهی دیگر نیروها قوی باشه چی
اگر شما این بُعد فراتر از سوم رو میدیدید،
و چیزی که من و شما حس میکنیم تنها بخشی کوچکی از گرانش باشه
باز هم ضعیف به نظر میرسید؟
اگر اینطور بود،
مجبور بودیم مدل استاندارد ذرات رو گسترش بدیم
تا شامل ذرهی دیگری باشه، یک ذرهی چندین بعدی مربوط به گرانش،
یک گراویتون که در ابعاد بیشتر از سوم قرار داره.
چهرههای متعجبتون رو میبینم.
حتما میخواید ازم سوال کنید،
«چطور قراره در واقعیت این ایدهی علمی تخیلی دیوانهوار رو آزمایش کنیم،
در حالیکه توی سه بعد محدود شدیم؟»
کاری که همیشه میکنیم،
با کوبیدن دو پروتون به یکدیگر --
(خنده تماشاگران)
اونقدر شدید که برخوردشون بازتاب کنه
در یک بعد فراتر از سومی که ممکنه وجود داشته باشه،
که در لحظه این گراویتون رو خلق کنه
که بعدش کشیده بشه به این دنیای سه بعدی الاچسی
و دو تا فوتون آزاد کنه،
دو ذره از نور.
و این گراویتون بعد اضافهی فرضی
یکی از تنها ذرات فرضی ممکن است
که مشخصات کوانتومی خاصی داره
که یک موج دو فوتونی کوچک ایجاد کنه.
پس، احتمال برملا کردن اسرار گرانش
و کشف ابعاد جدید فضا --
شاید الان حسی داشته باشید
که چرا هزاران خورهی فیزیک همگی با هم عنان از کف دادند
به خاطر یه موج کوچیک دو فوتونی.
کشفی از این دسته کتابهای درسی رو بازنویسی میکنه.
اما یادتون نره،
پیام ما متخصصین آزمایشگاه
که مدتهاست این کارو میکنیم
خیلی واضح بود:
به اطلاعات بیشتری نیاز داریم.
با اطلاعات بیشتر،
این موج کوچک یا به یک جایزه نوبل زیبا و ظریف تبدیل میشه --
(خنده تماشاگران)
یا فضای اطراف اون موج رو پر کرده
و به یک خط صاف و معمولی تبدیلش میکنه.
پس اطلاعات بیشتری گرفتیم،
و با اطلاعاتی پنج برابری، و چندین ماه وقت بیشتر
این موج کوچک
به یک خط صاف تبدیل شد.
خبرگزاریها «یک نا امیدی بزرگ» و «امید از دست رفته» رو گزارش کردن
و اینکه فیزیکدانان ذرات «ناراحت هستند».
طوری به گزارش شون آب و تاب دادن،
انگار تصمیم گرفتیم کرکرهی الاچسی رو بکشیم پایین و بریم خونه.
(خنده تماشاگران)
اما این کارو نکردیم.
ولی چرا؟
حالا اگر ذرهای کشف نکردم -- که نکردم --
اگر ذرهای کشف نکردم چرا اومدم براتون سخنرانی میکنم؟
چرا از خجالت سرم رو نینداختم پایین
و برم خونه؟
متخصصان فیزیک ذرهای کاوشگرانند.
و عمدهی کاری که ما میکنیم نقشهنگاری است.
بگذارید اینطور بگم: یک ثانیه الاچسی را فراموش کنید.
تصور کنید فضانوردی هستید که وارد یک سیارهی دوردست میشوید،
به دنبال موجودات بیگانه.
اولین وظیفهتون چیه؟
اینکه فوراً در مدار قرار بگیرید، فرود بیایید، مختصر نگاهی کنید
به دنبال نشانههای بزرگ و آشکار حیات،
و به پایگاه اصلی گزارش بدید.
ما الان در همین مرحله هستیم.
یک نظر به الاچسی میکنیم
به دنبال هر ذرهی تازهی بزرگی که چشمگیر باشه،
و میتوانیم گزارش کنیم که هیچی ندیدیم.
ما یک موج بیگانهی عجیب رو در کوهی دوردست دیدیدم،
ولی همین که نزدیک شدیم، فهمیدیم صخره است.
ولی بعدش چه کار کنیم؟ ولش کنیم و برگردیم؟
معلومه که نه؛
در اون صورت دانشمندان ضعیفی بودیم.
نه، ما دهها سال بعدش رو هم به جستجو پرداختیم،
منطقه رو نقشهبرداری کردیم،
شنها رو با بهترین ابزار غربال کردیم.
زیر هر سنگی رو گشتیم،
به زیر سطح سوراخ زدیم.
هر ذرهی جدیدی باید فوراً پیدا میشد
به شکل موجهای بزرگ و چشمگیر
یا تنها در صورتی دیده میشن که سالها اطلاعات جمع آوری کنیم.
بشریت تازه کاوشگریاش رو در الاچسی با این انرژی بالا شروع کرده،
و جستجوهای زیادی باید انجام بدیم.
اما اگر ۱۰ یا ۲۰ سال دیگه، هنوز ذرهی جدیدی پیدا نکنیم چی؟
دستگاه بزرگتری میسازیم.
(خنده تماشاگران)
در انرژیهای بالاتر جستجو میکنیم.
طرحی در جریانه برای یک تونل ۱۰۰ کیلومتری
که ذرات رو با ده برابر انرژی الاچسی برخورد میده
تصمیم جاگیری ذرات در طبیعت با ما نیست.
فقط تصمیم ادامهی کاوشگری با ماست.
اما اگر با آن تونل ۱۰۰ کیلومتری
یا با تونلی ۵۰۰ کیلومتری
یا با تونلی ۱۰/۰۰۰ کیلومتری به عنوان برخورد دهنده در فضا
بین زمین و ماه،
باز هم ذرهای پیدا نکنیم چی؟
در آن صورت شاید فیزیک ذرات را اشتباه برداشت کردهایم.
(خنده تماشاگران)
شاید باید مسائل را از نو مرور کنیم.
شاید به منابع، فناوری تخصصهای بیشتری نیاز داریم
نسبت به آنچه که الان داریم.
ما الان از هوش مصنوعی و فنون یادگیری ماشین استفاده میکنیم
در بخشهایی از الاچسی،
اما طراحی یک آزمایش فیزیک ذرات را مجسم کنید
به وسیله از این الگوریتمهای پیچیده
که میتواند به خودش کشف کردن گراویتونهای چندبعدی را آموزش دهد.
اما چی میشه؟
چی میشهی نهایی:
چی میشه اگر هوش مصنوعی نتواند به ما در یافتن پاسخمان کمک کند؟
چی میشه اگر این سوالهای بیپاسخ دورانها،
مقدر باشد که تا آیندهای قابل پیشبینی بیپاسخ بمانند؟
چی میشه اگر این موضوعاتی که از زمان کودکی مرا آزار میداده
مقدر باشد که در تمام عمرم بیپاسخ بماند؟
در آن صورت ...
بیش از پیش شگفت زده میشویم.
مجبور خواهیم بود به روشهای کاملاً جدیدی فکر کنیم.
مجبور میشویم به پیش فرضهایمان رجوع کنیم،
و ببینیم که کجا را اشتباه کردهایم.
و باید افراد بیشتری را تشویق کنیم که در مطالعهی علم به ما بپیوندند
چرا که به دیدگاههای نوین در حل این مسائل قدیمی نیاز داریم.
من پاسخی نیافتم، و هنوز هم در جستجوی آنم.
اما یک نفر -- که شاید الان در مدرسه باشد،
شاید هنوز متولد هم نشده باشد --
بالاخره راهنماییمان کند فیزیک را به شیوهای کاملاً تازه ببینیم.
و شاید به ما بفهماند که سؤالمان غلط است.
که این به آخر رسیدن فیزیک نیست،
بلکه شروع ماجراست.
سپاسگزارم.
(تشویق)