۶ سوالی که علم پاسخی برای آن ها نیافته است

جهان هستی علاوه بر تمام موجودات و کائنات، شامل رازها و سوالات بی‌جوابِ بسیاری است که در انتظار کشف و پاسخ گویی هستند. از زمانی که انسان روی کره زمین ایستاده و به آسمان پرستاره و بی کران نگریسته، بزرگ ترین خواسته‌اش، کشف و دانستن بوده است. از همین رو انسان‌های بسیاری که طبیعت و گذشت زمان، آن ها را در تمدن‌های پی در پی به عرصه وجود آورده، همواره بار اکتشاف را به دوش کشیده  اند و نتیجه تلاش و خلاقیت آن ها، تجربه عصر فناوری است که ما امروز در آن به سر می بریم. تلاش هایی که تا به امروز صورت گرفته، توانسته به پرسش‌های اساسی بشر در مورد خودش و جهانی که در آن زندگی می  کند پاسخ دهد اما برخی پرسش‌های مهم هم هستند که با وجود آن که سال‌ها و شاید قرن‌ها مورد تحقیق و کنکاش قرار گرفته  اند، هنوز و همچنان بی‌پاسخ مانده‌انــد. آن چه در ادامه می خوانید، مرور ۶ سوالی است که تا به امروز دست از سر بشر و نوابغ جهان برنداشته اما پاسخی هم برایشان وجـود ندارد.

۱- چرا زمان فقط یک جهت دارد؟

از زمان اینشتین تاکنون فیزیک دانان، فضا و زمان را تشکیل دهنده یک ساختار چهار بعدی می دانند که فضا-زمان نامیده می شود. اما فضا با زمان، تفاوت های عمده ای دارد. در فضا ما می توانیم آزادانه به هر طرف حرکت کنیم اما در زمان گیر می افتیم؛ به این معنا که پیرتر می شویم اما جوان تر نمی شویم؛ گذشته را به یاد می-آوریم اما از آینده چیزی نمی دانیم. به نظر می رسد زمان برخلاف فضا یک جهت دارد که دانشمندان آن را «بردار زمان» می نامند. چرا زمان به عقب و جلو نمی رود؟

برای پاسخ به این سوال سرنخی در مفهومی با نام «آنتروپی» وجود دارد. در یک سامانه که انرژی به آن تزریق نمی  شود، مانند کیهان، همه  چیز تمایل به حرکت از نظم به بی ‌نظمی دارد. افزایش انتروپی مثل دیگر پدیده‌ های فیزیک دو طرفه نیست. انتروپی فرایندی است که فقط به یک سو می‌رود و زیاد می‌شود. کسی نمی‌داند چرا انتروپی فقط زیاد می‌شود و کم نمی‌شود. اجرام با انتروپی کم، منظم هستند و احتمال وجود داشتن شان زیاد نیست. اجرام با انتروپی زیاد نامنظم هستند و این باعث می‌شود که احتمال وجود داشتن شان زیاد شود. انتروپی همیشه زیاد می‌شود چرا که برای اجرام، نامنظم بودن آسان‌تر از منظم بودن است.

به نظر می‌رسد این توصیف از انتروپی، می‌تواند به خوبی نشان دهنده‌ پیکان یک طرفه‌ زمان باشد. با این حال این که چرا انتروپی در ابتدای پیدایش جهان کم بوده است، موضوعی است که کسی دلیل آن را نمی داند و این همان قطعه گم شده پازل است. دانشمندان می گویند اگر پاسخ این پرسش را که چرا جهان اولیه انتروپی پایینی داشته است بیابیم، آنگاه خواهیم توانست به این سوال که چرا بردار زمان یک طرفه است و این سوال اساسی که چرا زمان تا این حد با فضا تفاوت دارد نیز پاسخ بدهیم. (بیشتر بخوانید: تعریف آنتروپی چیست؟)

۲- چرا به خواب نیاز داریم؟

ما می دانیم که بدن انسان با یک ساعت زیستی که او را در یک چرخه خواب / بیداری نگه می  دارد، تنظیم می شود اما واقعا نمی دانیم چرا باید چنین چرخه  ای وجود داشته باشد. در طول خواب، بدن ما بافت های خود را ترمیم می  کند و سایر فعالیت های نگهداری و مراقبت را انجام می دهد. دانشمندانی که عادات خواب حیوانات را مطالعه می کنند تا پاسخی برای این پرسش بیابند که چرا موجودات زنده، هر شب باید وارد حالتی شبیه خواب زمستانی شوند، می گویند «درک ما از خواب و جهت گیری ما انسان‌ها درباره آن با هر حیوان دیگری متفاوت است».

سوال این است که در حالی که بعضی از موجودات زنده به هیچ وجه نیازی به خوابیدن ندارند، چرا ما باید یک سوم عمرمان را در خواب سپری کنیم؟ دانشمندان ایده های مختلفی در این زمینه ارائه کرده  اند اما به نظر نمی رسد هیچ کدام از آن ها پاسخ قطعی این پرسش باشد. برخی بر این باورند که توانایی پنهان شدن از دید شکارچیان در حیواناتی که می توانند بخوابند، تکامل یافته است اما حیواناتی که باید هشیاری بیشتری داشته باشند تا در دام شکارچیان گرفتار نشوند، قادرند از راه های دیگری غیر از خوابیدن به استراحت و احیای اندام های بدن خود بپردازند. ما در حال خواب آسیب پذیر هستیم، پس کاری که خواب برای ما انجام می دهد باید ارزش خاموش شدن قسمت های عمده مغز را داشته باشد. هم اکنون دانشمندان دقیقا نمی-دانند که خواب دقیقا چه کاری برای جسم و روح انجام می دهد اما درحال مطالعه برای پی بردن به اهمیت خواب و تاثیراتی هستند که خواب می تواند بر پویایی مغز داشته باشد.

۳- چرا نیروی جاذبه تا این حد مرموز و اسرارآمیز است؟

هیچ نیرویی برای ما انسان‌ها، آشناتر و ملموس‌تر از نیروی جاذبه نیست. هرچه باشد این نیروست که ما را روی زمین نگه می دارد. علاوه بر جاذبه زمین، نیروی جاذبه ماه باعث جزر و مد در دریاهای سطح زمین می شود و جاذبه خورشید، زمین را در مدار خودش حفظ می کند. با این حال این نیرو از سه نیروی شناخته شده دیگر (نیروی الکترومغناطیسی و دو نوع نیروی هسته  ای که در فضاهای کوچک عمل می کنند) میلیارد میلیارد میلیارد بار ضعیف تر است. به عنوان مثال، نیروی الکترومغناطیسی که دو پروتون را از یکدیگر دور می کند ۱۰۳۶ بار قوی تر از نیروی جاذبه  ای است که آن ها را به سوی یکدیگر می  کشد. یک فرضیه این است که افزون بر سه بُعد از فضا که در زندگی روزمره با آن سرو کار داریم، ابعاد پنهان دیگری نیز وجود دارند که کشف آن ها برای ما امکان پذیر نیست.

اگر این ابعاد اضافی وجود داشته باشند و نیروی جاذبه قادر باشد به آن ها نفوذ کند، شاید بتوان علت ضعیف بودن این نیرو را توضیح داد. از سوی دیگر در حالی که دو نیروی دیگر، یک نیروی مخالف یعنی نیروی رانش در مقابل نیروی کشش دارند، به نظر می رسد نیروی جاذبه فقط شامل نیروی کششی است. هرچند چگونگی عملکرد نیروی جاذبه تا حدود زیادی برای دانشمندان روشن شده است اما این که چرا اساسا چنین نیرویی وجود دارد و چرا نیرویی که اتم ها را در کنار یکدیگر نگه می دارد، با این نیرو متفاوت است از سوال های دیگری است که تاکنون پاسخی برای آن ها یافت نشده است.

۴- هوشیاری یا خودآگاهی، چطور اتفاق می‌افتد؟

هرچند شاید این سوال که هوشیاری یا خودآگاهی چیست، یک سوال فلسفی به نظر برسد اما پاسخ به این پرسش که عملکرد هوشیاری به چه شکل است، یکی از چالش‌های حل نشده علمی است. چگونه است که مجموعه  ای از سلول های خاکستری که خودشان از کربن تشکیل شده  اند، قادر به درک وجود خود هستند؟ اسکن مغز انسان نشان می  دهد که مغز ما با داشتن ۱۰۰ میلیارد سلول عصبی که با یکدیگر ارتباط دارند، مانند یک شبکه دیجیتال بی نهایت پیچیده عمل می  کند که بدون توقف و به شکل غیرقابل باوری فعال است. اما مغز همان ذهن نیست. فعالیت الکتریکی نمی  تواند توضیح دهد که چگونه یک ماده فیزیکی می  تواند شرایط غیرفیزیکی مانند هوشیاری ایجاد کند.

در تحقیقی که در دانشگاه هاروارد انجام شد، دانشمندان فعالیت مغزی بیمارانی که در حالت کما به سر می بردند را با اسکن های ام. آر. آی معمولی مقایسه کردند. این مقایسه نشان داد در مغز افراد سالم، ساقه و بخش هایی از قشر جلویی مغز یک شبکه ارتباطی را تشکیل می دهند اما این بخش ها در مغز افرادی که در حالت کما قرار دارند، فعال نیست. آیا این ارتباط سلول های عصبی است که ایجاد کننده هوشیاری است؟ پاسخ این سوال مشخص نیست. تنها چیزی که دانشمندان می توانند بگویند این است که هوشیاری یا آگاهی، مجموعه ای از فرایندهای بیولوژیکی است که به تفکر و در نهایت به خودآگاهی می انجامد.

۵- انرژی تاریک چیست؟

جهان هستی با آهنگ رو به افزایشی درحال گسترش و انبساط است. در کیهان‌شناسی، انرژی تاریک به نوع ناشناخته‌ای از انرژی اطلاق می  شود که همه فضا را به صورت فرضی در بر می‌گیرد و عامل انبساط و گسترش فزاینده جهان است. حدود ۲۰۰ میلیارد کهکشان که هر کدام دارای تقریبا ۲۰۰ میلیارد ستاره است به وسیله تلسکوپ ها قابل تشخیص هستند. اما این اجرام ساخته شده از ماده معمولی، فقط ۴ درصد از جهان هستی را تشکیل می‌دهند و بقیه جهان از این انرژی ناشناخته تشکیل شده است.

این نیروی عجیب که به دلیل ناشناخته بودن، انرژی تاریک نام گرفته است اجزای جهان را با سرعت فزاینده‌ای از یکدیگر دور می‌کند، در حالی که نیروی گرانش با این نیرو مقابله کرده و از سرعت این گسترش می‌کاهد. آن چه ما می دانیم این است که چقدر انرژی تاریک در جهان هستی وجود دارد، زیرا می دانیم که این انرژی چگونه بر گسترش هستی تاثیر می گذارد؛ با این حال هیچ کس نمی‌داند که ماهیت این نیروی ناشناخته چیست و منبع آن کجاست.

۶- ماده از چه چیزی ساخته شده است؟

ما می دانیم که ماده از اتم ها تشکیل شده است و اتم ها نیز شامل پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها هستند. همچنین می دانیم که پروتون ها و نوترون ها متشکل از ذرات ریزتری به نام کوارک ها هستند. آیا بررسی های عمیق تر به اکتشاف اجزای بنیادی تری منجر خواهد شد؟ در فیزیک قانونی به نام «مدل استاندارد» وجود دارد که به خوبی تعاملات بین اجزای سازنده اتم را توضیح می دهد.

آخرین ذره ای که با استفاده از این مدل کشف شد، ذره «بوزون هیگز» (Higgs boson) یا ذره بنیادی اولیه دارای جرم است که محققان LHC (شتاب‌دهنده ذرّه‌ای و برخورد دهنده مستقر در سازمان تحقیقاتی سرن در نزدیکی ژنو سوئیس) آن را در سال ۲۰۱۲ کشف کردند. اما رمز و راز ماده به این جا ختم نمی شود. ثابت شده است که اتم ها از نظر الکتریکی خنثی هستند. بار الکتریکی مثبت پروتون به وسیله بار منفی الکترون خنثی می شود. اما درمورد این که چرا چنین اتفاقی رخ می دهد، هیچ کس چیزی نمی  داند.

منابع: iflscience.com، bigthink.com، nbcnews.com

مترجم : یاسمین مشرف