برایان کاکس از برخورددهنده عظیم سرن می‌گوید
متن سخنرانی :
این برخورددهنده بزرگ هادرون است. محیطش ۲۷ کیلومتر است؛ بزرگترین آزمایش علمی است که تاکنون به آن مبادرت شده است. بیش از ۱۰۰۰۰ فیزیکدان و مهندس از ۸۵ کشور جهان در طول چند دهه گرد هم آمدند تا این دستگاه را بسازند. کاری که ما می‌کنیم این است که پروتون‌ها را شتاب می‌دیم -- هستۀ هیدروژن رو به حدود ۹۹.۹۹۹۹۹۹ درصد سرعت نور می‌رسونیم. درست؟ در اون سرعت، آنها دور یک محیط ۲۷ کیلومتری ۱۱۰۰۰ بار در ثانیه می‌چرخند. و ما آنها را با پرتوی دیگری از پروتون برخورد می‌دیم که از جهت مخالف میاد. ما آنها را در در داخل آشکارسازهای عظیم برخورد می‌دیم.که در واقع دوربین‌های دیجیتال هستند. و این اونیه که من روش کار می‌کنم، اطلس. شما بنحوی متوجه اندازۀ قضیه میشین -- میتونین مقایسش کنین با آدم‌های اروپایی سایز استاندارد که پایینش ایستادن.
(خنده)
برای اینکه کمی متوجه ابعاد کار شوید: ۴۴ متر عرض، ۲۲ متر قطر، و وزن ۷۰۰۰ تن. ما شرایطی را بازسازی می‌کنیم که در کمتر از یک بیلیونیم ثانیه بعد از اینکه جهان آغاز شد وجود داشتند -- تا حدود ۶۰۰ میلیونیم ثانیه در داخل اون آشکارساز -- ارقام کلانی است. و اگه شما اون تیکه آهن‌ها رو اونجا ببینید -- اونا آهنرباهای عظیمی هستند که ذرات باردار الکتریکی رو خم می‌کنند؛ تا بتوان محاسبه کرد که چقدر سریع حرکت می‌کنند. این تصویری است از یک سال پیشتر. اون آهنرباها اونجان. و باز دوباره، انسان‌های سایز استانداراد اروپایی، پس می‌تونید ایده‌ای از مقیاس کار بدست بیارین. و اونجاست که ما درش مهبانگ‌های کوچیک خواهیم ساخت، یه وقتی دور و برای تابستون امسال.
و راستی، امروز صبح ایمیلی دریافت کردم که گفت ما همین امروز آخرین قطعۀ اطلس را تموم کردیم. خب با اتمامش در امروز، دوست دارم بگم که اون رو برای TED برنامه‌ریزی کرده بودم، ولی این کار رو نکرده بودم. از قضا امروز کار تمام شده.
(کف زدن)
آره، موفقیت شگرفیه! خب شاید بپرسین «چرا؟ که چی شرایطی را ایجاد کنیم که در یک بیلیونیم بعد از آغاز جهان حاضر بودن؟» خب، فیزیکدانان ذرات اگر بلندپرواز نباشند هیچی نیستند. و هدف فیزیک ذرات اینه که بفهمیم همه چیز از چی ساخته شده؟ و همه چیز چطوری به هم چسبیده؟ و با کاربرد «همه چیز» طبعاً منظورم خودمه و شما، و زمین، خورشید، صدها بیلیون ستاره‌ای که در کهکشان ما هستن و صدها بیلیون کهکشانی که در جهان رؤیت پذیر وجود دارند. واقعا همه چیز.
حالا ممکنه بگین که «خب باشه، ولی چرا فقط نگاهشون نکنیم؟ اگه می‌خواین بدونین من از چی ساخته شدم چرا به خودمون نگاه نکنیم.» خب ما فهمیدیم که هر چقدر به زمان عقبتر برمی‌گردین جهان داغتر و داغتر میشه، چگالتر و چگالتر، و ساده‌تر و ساده‌تر. حالا، هیچ دلیلی وجود نداره که من بدونم واسه چی، ولی به نظر میاد که اینجوری باشه. از این نظر، درروزگار خیلی قدیمتر در دوران اولیۀ جهان، ما معتقدیم که همه چیز خیلی ساده و قابل فهم بوده. همۀ این پیچیدگی‌ها، تمام این مسیر منتهی به این چیزهای شگفت‌انگیز --- مغز انسان -- همگی خواص یک جهان قدیمی و سرد شده و پیچیده‌اند. با بازگشت به شروع کار، در اولین بیلیونیم ثانیه، ما معتقدیم، یا مشاهده کردیم که خیلی ساده است.
اصلا انگار که... یک دونه برف را در دستتون تصور کنید، بهش نگاه می‌کنید، و بطور خارق العاده‌ای پیچیده زیبا است. ولی وقتی که گرمش می‌کنید، توی گودی دست آب میشه. و اون وقت می‌بینید که فقط از H20 آب تشکیل شده بود. پس از این نظر هست که به زمان گذشته می‌نگریم تا بفهمیم جهان از چی ساخته شده. و امروزه از این چیزا ساخته شده: فقط ۱۲ ذرۀ ماده، که با چهار نیروی طبیعت به هم متصل شدند. «کوارک»ها، این چیز صورتیا، چیزایی هستند که پروتون‌ها و نوترون‌ها را می‌سازند که هستۀ اتم را در بدن شما تشکیل میدن. «الکترون»ها، اینایی که دور هستۀ اتم در گردش‌اند -- در مدارشون توسط نیروی الکترومغناطیسی نگه داشته میشن که با این چیزا حمل میشه: «فوتون». کوارک‌ها توسط چیزایی بهم چسبیده شدند به نام «گلئون».
و اینا اینجا نیروی هسته‌ای ضعیف هستند که احتمالا کمترین شباهت رو دارند. ولی بدون اون خورشید نخواهد درخشید. و وقتی خورشید می‌درخشد، شما مقدار انبوهی از این چیزا بنام «نوترینو» دارین که به بیرون پخش میشن. درحقیقت اگه شما به ناخن شست‌تون نگاه کنید -- در حدود یک سانت مربع -- چیزی در حدود چیزی در حدود ۶۰ بیلیون نوترینو در ثانیه از خورشید از جایی کمتر از از یک سانتیمتر مربع از بدنتون رد میشن. ولی شما احساسشون نمی‌کنین چون به درستی نیروی ضعیف نام‌گذاری شدند. خیلی بردشون محدود و ضعیفه، پس فقط از داخل شما رد میشن.
و بیشتر این ذرات در طول قرن اخیر کشف شده‌اند. اولینشان، الکترون در سال۱۸۹۷کشف شد. و آخرینش، که نوترینو تاو نام دارد در سال ۲۰۰۰ کشف گردید. راستش فقط -- می‌خواستم بگم که، سر جادۀ شیکاگو. می‌دونم آمریکا کشور بزرگیه مگه نه؟ فقط سر جاده. نسبت به جهان فقط سر جاده است.
(خنده)
خب این یکی در سال ۲۰۰۰ پیدا شد، پس یه تصویر نسبتا جدیده. یکی از چیزای باحالی که من در واقع وقتی بهش فکر می‌کنم اینه که ما اصلا تونستیم که چیزی پیدا کنیم، وقتی که در نظر می‌گیری که اینا چقدر ریزند. می‌دونین، اینها سایز نقاط دورند در کل جهان قابل رؤیت. پس ۱۰۰ بیلیون کهکشان، به دوری ۱۳.۷ بیلیون سال نوری -- یک نقطه به سایز اون از مونتری، درحقیقت به اندازۀ مونتری نسبت این چیزاست. کاملا و به شدت ریز. و با اینحال ما یک دستۀ تقریبا کاملشون رو پیدا کردیم.
یکی از مشهورترین پیشینیان ما در دانشگاه منچستر ارنست رادرفورد کاشف هستۀ اتم بود. او یک بار گفت: «تمام علوم یا فیزیک‌اند یا کلکسیون تمبر جمع کردن.» حالا من گمان نمی‌کنم که هدفش توهین به علوم دیگه بوده باشه، گرچه او نیوزیلندی بود، پس ممکنه!
(خنده)
ولی منظورش این بود که کاری که ما کردیم، در اصل تمبر جمع کردنه -- خب ما ذرات را پیدا کردیم، ولی شما تا زمانیکه اساس قرار گرفتنِ این الگو را درک نکنید -- که چرا اینجوری ساخته شده -- شما در واقع فقط تمبر جمع کردین -- دانشی به انجام نرسوندین. خوشبختانه ما احتمالا بزرگترین دستاورد علمی قرن ۲۱ رو که پایه‌های این الگو رو تشکیل میده در دست داریم. می‌تونید اگه دوست دارید اون رو قانون نیوتنِ فیزیک ذرات بدونید. نامش «مدل استاندارد» هست -- یک معادلۀ ریاضیاتی ساده و زیبا. می‌تونید کلشو روی جلوی یک پیرهن بچسبونین، که همیشه نشانۀ عظمته! ایناهاش.
(خنده)
من یک ذره ناصادق بودم چون اون رو به شکل جزئیات مشقت بارش باز کردم. این معادله شما رو قادر میکنه که همۀ چیزایی رو که در جهان اتفاق می‌افته به جز جاذبه -- محاسبه کنید! اگه می‌خواید بدونید چرا آسمون آبیه، چرا هسته‌های اتم به هم چسبیدن -- شما اصولا با یک کامپیوتر به قدر کافی بزرگ -- می‌تونید ببینید چرا دی ان آ این شکلیه. اصولا بایستی قادر باشین اون رو از داخل فرمول‌ها حساب کنید.
ولی یک مشکل هست. آیا کسی میتونه ببینه مشکل چیه؟ یک بطری شامپانی برای هر کی که بگه. آسونترش می‌کنم. با جلو اوردنِ یکی از خطوط. بطور کلی هر کدوم از این عبارات یکی از ذرات رو نمایندگی می‌کنند. بنابراین W ها اونجا W ها رو نشون میدن و چگونگی چسبیدن اونها رو. این حاملان نیروی ضعیف، Z ها هم همینطور. ولی یک نشان دیگه در این معادله هست: H. بله H. H مخفف ذرات «هیگز» است. ذرات هیگز هنوز پیدا نشدند. ولی لازمند -- لازمند تا ریاضیات این معادله جواب دهد. پس همۀ این محاسبات دقیق و سختی که با این معادلۀ بی‌نظیر می‌تونیم انجام بدیم بدون این یک ذره قابل انجام نیست. این یک پیشبینی است -- پیشبینی یک ذرۀ جدید.
چی کار میکنه؟ خب، ما خیلی طول کشیده تا یک مقایسۀ خوب درست کنیم. و در دهۀ ۸۰ وقتی که ما برای ساخت LHC از دولت انگلیس پول می‌خواستیم، مارگارت تاچر اون زمان گفت، «اگه شما بتونین به زبونی که سیاستمدارا بفهمند توضیح بدین که شما واقعا چی کار دارین می‌کنین، پولو می‌گیرین. من می‌خوام بدونم ذرات هیگز چی کار می‌کنن.» و ما این مقایسه را درست کردیم که به نظر میومد منظور رو می‌رسونه. خب کاری که هیگز میکنه اینه که به ذرات بنیادی جرم میده. و نحوۀ تصورش اینطوریه که کل جهان -- و منظور فقط فضا نیست، یعنی خود من، یا درون شما -- کل جهان پر از چیزیه که میدان هیگز نامیده میشه. یا میشه گفت ذرات هیگز.
مقایسه اینه که یک سری آدم داخل یک اتاق هستند و اونها ذرات هیگز هستند. حالا وقتی که یک ذره در داخل جهان حرکت میکنه، میتونه با این ذرات هیگز متقابلا اثر کنه. حالا تصور کنین یکی که خیلی محبوب نیست از وسط اتاق رد شه. همه اونو نادیده میگیرن. و میتونه خیلی سریع از اتاق رد بشه، اصولا با سرعت نور میتونه بگذره. چون جرم نداره. و حالا تصور کنید که یک آدم خیلی مهم و محبوب و باهوش وارد اتاق بشه او توسط مردم احاطه میشه، و راهش در اتاق سد میشه. درست مثل این میمونه که سنگین بشه. وزنش زیاد بشه. و این دقیقا طرز کار مکانیسم هیگزه. تصوری که میتونین داشته باشین اینه که الکترون‌ها و کوارک‌هایی که در داخل بدنتان و در جهان اطرافمان می‌بینیم سنگین هستند، به شکلی گرانند، به این خاطر که در ذرات هیگز احاطه شدند. با میدان هیگز اثر متقابل دارند.
اگر این تصویر درست باشه، پس ما باید بتونیم این ذرات هیگز را در LHC پیدا کنیم. اگه درست نباشه -- چونکه مکانیسم خیلی پیچ‌درپیچی داره، اگرچه این ساده‌ترین چیزی بوده که تونستیم فکر کنیم -- در این صورت هر چیزی که کار ذرات هیگز را انجام میده ما می‌دونیم که باید در LHC معلوم بشه. پس یکی از دلایل اولیۀ ساخت این ماشین عظیم این بود. من خوشحالم که مارگارت تاچر رو در تصویر تشخیص دادین. راستش من اول فکر کردم از نظر فرهنگی متناسبش کنم ولی خب -- (خنده) به هر حال. پس این یک مطلبه. این اصولا تضمینه که در LHC معلوم خواهد شد.
خیلی چیزای دیگه هم هست. شما خیلی از مشکلات بزرگ فیزیک ذرات شنیدین. یکی از چیزهایی که شنیدین: ماده تاریک، انرژی تاریک است. مسالۀ دیگری که هست، نیروهای طبیعت هستند -- که خیلی زیباست و در حقیقت -- به نظر میاد هر چی در زمان عقبتر میرین، قدرتشون تغییر میکنه. خب قدرتشون واقعا تغییر میکنه. مثلا نیروی الکترومغناطیس، نیرویی که ما را بهم نگه میداره، با افزایش دما قوی‌تر میشه. نیروی قوی، نیروی هسته‌ای قوی، که هسته‌ها را بهم می‌چسبونه، ضعیف‌تر میشه. و چیزی که شما در این مدل استاندارد میبینین اینه که -- شما میتونین محاسبه کنید که اینها چگونه تغییر می‌کنن -- این نیروها -- سه نیروی اصلی به جز جاذبه -- به نظر میاد که کلا در یک نقطه بهم می‌رسند. اصلا انگار که هر سه یک نیروی قشنگ یکجور ابر-نیرو در آغاز زمان بوده باشند. ولی از دستش دادند.
حالا یک نظریه هست به نام «ابرتقارن»، که تعداد ذرات موجود در مدل استاندارد رو دو برابر میکنه. که در نگاه اول ساده‌سازیِ مسئله به نظر نمیاد. ولی در حقیقت با این نظریه ما می‌بینیم که نیروهای طبیعت واقعا به نظر میاد که در مهبانگ متحد میشن. یک پیشگویی مطلقا عالی. مدل در اصل برای این کار ساخته نشده بود، ولی به نظر میاد که چنین میکنه. بعلاوه، آن ذرات ابرتقارنی نامزدهای خیلی محتمل مادۀ تاریک هستند. پس یک نظریۀ خیلی بالقوه‌ای است که واقعا جریان غالب فیزیکه. و اگه من بخوام شرط بذارم روش من پولم رو به شکل خیلی غیر علمی روی این چیزا میذارم که احتمالا اونا هم در LHC معلوم بشن. خیلی چیزای دیگه هم میتونند در LHC کشف بشن.
ولی در دقایق آخری من فقط می‌خوام که یک دیدگاه متفاوت به شما عرضه کنم در مورد اینکه من فکر می‌کنم -- فیزیک ذرات برای من به چه معناست -- فیزیک ذرات و کیهانشناسی. و اون اینه که این مسائل به ما یک قصۀ زیبا ارائه داده -- تقریبا اگه دوست داشته باشین یک نوع داستان آفرینش دربارۀ جهان ارائه کرده، علوم مدرن در چند دهۀ اخیر. و من دوست دارم بگم که این لایقِ حال و حوای سخنرانی وید دیویس است، بعنوان اینکه حداقل در کنار داستان‌های محلی جالب آفرینشِ مردمِ بلندی‌های آند و شمال یخ‌زده قرار بگیره. این داستان آفرینشی است که به نظر من به همون اندازۀ اونا شگفت‌انگیزه.
داستان اینجوری پیش میره: ما می‌دونیم که جهان ۱۳.۷ بیلیون سال پیش آغاز شده، در یک حالت بسیار داغ و فشرده، بسیار کوچکتر از یک دانه اتم. بعد شروع کرده به منبسط شدن در یک میلیون بیلیون بیلیون بیلیون بیلیونیم ثانیه -- فکر کنم دقیق گفته باشم -- بعد از مهبانگ. جاذبه از دیگر نیروها جدا شده. بعد جهان زیر یک انبساط نمایی رفته که تورم نامیده میشه. در حدود نخستین بیلیونیم ثانیه میدان هیگز وارد عمل شده، و بعد کوارک‌ها و گلئون‌ها و الکترون‌هایی که ما را می‌سازنند دارای وزن شدند. انبساط و سرد شدن جهان ادامه یافته. بعد از چند دقیقۀ کوتاه، هیدروژن و هلیم در جهان وجود داشتند. همش همینه. جهان تقریبا ۷۵ درصد هیدروژن بود، و ۲۵ درصد هلیم، هنوز امروزم همینه.
گسترش جهان ادامه یافته تا حدود ۳۰۰ میلیون سال. بعد نور شروع کرده به سفر کردن در داخل جهان. اونقدر بزرگ بوده که برای نور گذرا باشه، و این چیزیه که ما در تابش زمینۀ کیهانی شاهدش هستیم و جرج اسموت اون رو نگریستن به صورت خدا توصیف کرده. در حدود ۴۰۰ میلیون سال بعد نخستین ستاره‌ها شکل گرفتند، و آن هیدروژن، و آن هیلیم، شروع کردند به پختن و تبدیل شدن به عناصر سنگین‌تر. پس عناصر حیات -- کربن، و اکسیژن و آهن، همۀ عناصری که لازم داریم تا ما را بسازن -- در نخستین نسل ستارگان پخته شدند، که بعد سوختشان تموم شده و منفجر شدند، و اون عناصر رو در داخل جهان پخش کردند. سپس اونها دوباره در خودشون فروریختند و نسل دوم ستارگان و سیارات را بوجود اوردند.
و در برخی از آن سیارات، اکسیژنی که در ابتدا در ستارگان نسل اول درست شده بوده با هیدروژن ترکیب شده و آب را بوجود اورده، آب مایع روی سطح. در حداقل یکی و شاید تنها یکی از آن سیارات حیات ابتدایی فرگشت [تکامل] یافته، که در طول میلیون‌ها سال به چیزهایی که روی دوپا راه می‌رفتند و رد پاشون رو روی سطوح گلی در تانزانیا در حدود سه و نیم میلیون سال پیش گذاشتند فرگشت یافته. و سرانجام رد پایش را در جهان دیگری برجا گذاشته. و این تمدن رو به وجود اورده. این تصویر زیبا که تاریکی را به روشنایی مبدل ساخته، و شما می‌تونید این تمدن را از فضا ببینید. همونطور که یکی از بزرگترین قهرمانان شخصی من کارل ساگان گفته: اینها چیزایی هستند -- و در حقیقت نه تنها اینها بلکه من به دور و برم نگاه می‌کنم -- اینها چیزایی هستند مثل موشک‌های ساترن ۵، اسپوتنیک، دی ان آ، و ادبیات و دانش -- اینها چیزایی هستند که اتم‌های هیدروژن میتونند انجام بدند وقتی ۱۳.۷ بیلیون سال وقت داشته باشند.
کاملا خارق‌العاده. و قوانین فیزیک، درسته؟ قوانین درست فیزیک -- به زیبایی متوازن هستند. اگر نیروی ضعیف یک ذره متفاوت بود، کربن و اکسیژن در داخل قلب ستارگان پایدار نمی‌شد. و هیچ کدوم از اینها در جهان وجود نداشت. و به نظر من این یک داستان شگفت‌انگیز و برجسته است. من ۵۰ سال پیش نمی‌تونستم این داستان رو تعریف کنم، چونکه ما اینارو نمی‌دونستیم. این واقعا باعث میشه که احساس کنم این تمدن -- که همونطور که گفتم، و اگه شما داستان علمی آفرینش رو باور کنید، کاملا در نتیجۀ قوانین فیزیک برخواسته، و تعدادی اتم هیدروژن -- بعد من با خودم فکر می‌کنم که این باعث میشه خیلی احساس ارزشمندی بکنم.
پس این LHC است. بطور حتم LHC وقتی در تابستان روشن بشه، فصل جدیدی در این کتاب خواهد نوشت. و من قطعا با شوق بسیار در انتظار روشن شدنش هستم. سپاس.
(کف زدن)
