"გრავიტაციის კვანტური თეორია"

მონაკვეთი სტივენ ჰოკინგის წიგნიდან - „დროის მოკლე ისტორია“

მთარგმნელი: მამუკა გურული

იმისთვის, რომ ვისაუბროთ სამყაროს არსზე და იმაზე, ჰქონდა თუ არა მას დასაწყისი და ექნება თუ არა დასასრული, კარგად უნდა გვესმოდეს, თუ რას ნიშნავს მეცნიერული თეორია საერთოდ. ჩემი თვალსაზრისით: თეორია - ესაა სამყაროს ან მისი რომელიმე ნაწილის თეორიული მოდელი, რომელიც შევსებულია კანონთა ნაკრებით, რომელიც თეორიულ სიდიდეებს ჩვენს დაკვირვებებთან აკავშირებს. ეს მოდელი მხოლოდ ჩვენს თავში არსებობს და არანაირი სხვა რეალობა არ გააჩნია (რა აზრიც არ უნდა ჩავდოთ ამ სიტყვაში).

თეორია ითვლება კარგად, თუკი იგი აკმაყოფილებს ორ მოთხოვნას: პირველ რიგში მან ზუსტად უნდა აღწეროს დაკვირვებათა ფართო კლასი იმ მოდელის ფარგლებში, რომელიც მხოლოდ რამდენიმე თავისუფალ ელემენტს შეიცავს. და მეორე, თეორიამ უნდა მოგვცეს სრულიად განსაზღვრული წინასწარმეტყველებები მომავალ დაკვირვებათა შედეგებთან დაკავშირებით. მაგალითად, არისტოტელეს თეორია, რომლის თანახმადაც ყველაფერი ოთხი ელემენტისგან შედგება - მიწისგან, ჰაერისგან, წყლისგან და ცეცხლისგან, - საკმარისად მარტივი იყო, რომ თეორიად წოდებულიყო, მაგრამ მისი მეშვეობით ვერ მივიღებდით ვერანაირ განსაზღვრულ წინასწარმეტყველებას. ნიუტონის მიზიდულობის თეორია კი კიდევ უფრო მარტივი მოდელისგან გამომდინარეობდა, რომლის მიხედვითაც სხეულები მიიზიდებიან ერთიმეორეს მიმართ გარკვეული სიდიდის პირდაპირპროპორციული ძალით, რომელთაც მათი მასა ეწოდება, და მათ შორის მანძილის კვადრატის უკუპროპორციულით. მაგრამ თეორია ფრიად ზუსტად წინასწარმეტყველებს მზის, მთვარის და პლანეტების მოძრაობას.

ნებისმიერი ფიზიკური თეორია ყოველთვის დროებითია იმ თვალსაზრისით, რომ მხოლოდ ჰიპოთეზას წარმოადგენს, რომლის დამტკიცებაც შეუძლებელია. რამდენჯერაც არ უნდა დაეთანხმოს თეორია ექსპერიმენტულ მონაცემებს, ვერ ვიქნებით დარწმუნებულნი იმაში, რომ შემდეგ ჯერზე ექსპერიმენტი წინააღმდეგობაში არ მოვა თეორიასთან. ამავე დროს, შეგვიძლია ნებისმიერი თეორია უარვყოთ, თუკი გვექნება ერთი დაკვირვებაც კი, რომელიც მის წინასწარმეტყველებებს არ შეესაბამება. როგორც ფილოსოფოსი კარლ პოპერი ამბობს, კარგი თეორიის აუცილებელი ნიშანია ის, რომ იგი საშუალებას გვაძლევს გავაკეთოთ წინასწარმეტყველებები, რომლებიც პრინციპში შესაძლებელია ექსპერიმენტულად უარყოფილ იქნას. ყოველ ჯერზე, როცა ახალი ექსპერიმენტები ამტკიცებენ თეორიის წინასწარმეტყველებებს, თეორია თავისი სიცოცხლისუნარიანობას ავლენს, და ჩვენი რწმენა მისადმი მყარდება. მაგრამ თუ ერთი დაკვირვება მაინც არ ეთანხმება თეორიას, ჩვენ გვიწევს, რომ ან უარი ვთქვათ მასზე, ან გადავაკეთოთ. ასეთია ლოგიკა, თუმცა თქვენ უფლებამოსილი ხართ დაეჭვდეთ იმის კომპეტენტურობაში, ვინც დაკვირვებებს აწარმოებდა.

პრაქტიკაში ხშირად აღმოჩნდება ხოლმე, რომ ახალი თეორია სინამდვილეში წინა თეორიის გაფართოებას წარმოადგენს. მაგალითად, ძალიან ზუსტი დაკვირვებები პლანეტა მერკურიზე ავლენდნენ მცირე სხვაობებს მის მოძრაობასა და ნიუტონის მიზიდულობის თეორიას შორის. აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის თანახმად, მერკურიმ ცოტათი განსხვავებულად უნდა იმოძრაოს, ვიდრე ეს ნიუტონის თეორიით მიიღება. ის ფაქტი, რომ აინშტაინის წინასწარმეტყველებები ემთხვევა დაკვირვების შედეგებს, ხოლო ნიუტონის - არ ემთხვევა, ერთ-ერთი გადამწყვეტი დადასტურება გახდა ახალი თეორიისთვის. მაგრამ პრაქტიკაში ჩვენ დღემდე ვიყენებთ ნიუტონის თეორიას, რადგანაც იმ შემთხვევებში, რომლებთანაც ჩვეულებრივ გვაქვს საქმე, მისი წინასწარმეტყველებები ძალიან მცირედ განსხვავდება ფარდობითობის ზოგადი თეორიისგან (ნიუტონის თეორიას ასევე აქვს ის უზარმაზარი უპირატესობა, რომ მასთან მუშაობა გაცილებით მარტივია, ვიდრე აინშტაინის თეორიასთან).

მეცნიერების საბოლოო მიზანს წარმოადგენს ერთიანი თეორიის შექმნა, რომელი მთელ სამყაროს აღწერდა. ამ ამოცანის გადასაწყვეტად, მეცნიერთა უმეტესობა ორ ნაწილად ყოფს მას: პირველი ნაწილი - ესაა კანონები, რომლებიც საშუალებას გვაძლევენ გავიგოთ, როგორ იცვლება სამყარო დროსთან ერთად (როცა ვიცით, როგორია სამყარო დროის ერთ მომენტში, ამ კანონთა მეშვეობით შეგვიძლია გავიგოთ, რა დაემართება მას დროის ნებისმიერ მომდევნო მომენტში). მეორე ნაწილი - ესაა სამყაროს საწყისი მდგომარეობის პრობლემა. ზოგიერთი ფიქრობს, რომ მეცნიერება მხოლოდ პირველი ნაწილით უნდა დაკავდეს, ხოლო კითხვა იმის შესახებ, თუ რა იყო დასაწყისში, მეტაფიზიკის და რელიგიის საქმედ ითვლება. ასეთი შეხედულების მომხრეები ამბობენ, რომ რადგანაც ღმერთი ყოვლისშემძლეა, მისი ნება იქნებოდა სამყაროს „გაშვება“ ისე, როგორც სურდა. თუ ისინი მართლები არიან, ღმერთს ჰქონდა საშუალება ისე გაეკეთებინა, რომ სამყარო სრულიად თავისუფლად განვითარებულიყო. ღმერთმა კი, როგორც ჩანს, გადაწყვიტა, რომ იგი ფრიად რეგულარულად განვითარებულიყო - განსაზღვრული კანონებით. მაგრამ მაშინ ასევე ლოგიკურია ვივარაუდოთ, რომ არსებობს კანონები, რომლებიც სამყაროს საწყის მდგომარეობებს მართავენ.

აღმოჩნდა, რომ ძალიან ძნელია ერთბაშად შეიქმნას თეორია, რომელიც მთელ სამყაროს აღწერს. ამის ნაცვლად ჩვენ ამ ამოცანას ნაწილებად ვყოფთ და კერძო თეორიებს ვაწყობთ. ყოველი მათგანი დაკვირვებათა ერთ შეზღუდულ კლასს აღწერს, მასთან მიმართებაში აკეთებს წინასწარმეტყველებებს და უგულვებელჰყოფს ყველა დანარჩენი სიდიდის ზეგავლენას, ან ამ უკანასკნელთ რიცხვთა უბრალო ნაკრებად წარმოიდგენს. შესაძლოა, რომ ასეთი მიდგომა სრულიად არასწორია. თუ სამყაროში ყველაფერი ფუნდამენტალურადაა დამოკიდებული ყველაფერ დანარჩენზე, შესაძლოა, რომ ამოცანის ცალკეული ნაწილების იზოლირებულად კვლევით ვერ მივიდეთ მის სრულ გადაწყვეტამდე. მიუხედავად ამისა, ძველად ჩვენი პროგრესი სწორედ ამ გზით მიდიოდა. კლასიკურ მაგალითად კვლავაც ნიუტონის მიზიდულობის კანონი გამოგვადგება, რომლის მიხედვითაც ორ სხეულს შორის მოქმედი გრავიტაციული ძალა დამოკიდებულია ყოველი სხეულის მხოლოდ ერთ მახასიათებელზე - მასაზე, დ არაა დამოკიდებული იმაზე, თუ რა ნივთიერებისგან შედგება სხეული. შესაბამისად, მზისა და პლანეტების ორბიტების გამოსათვლელად არ გვჭირდება მათი სტრუქტურისა და შემადგენლობის თეორია.

ახლა არსებობს ორი ძირითადი კერძო თეორია სამყაროს აღსაწერად - ფარდობითობის ზოგადი თეორია და კვანტური მექანიკა. ორივე მათგანი შედეგია XX საუკუნის პირველი ნახევრის მეცნიერთა უზარმაზარი ინტელექტუალური ძალისხმევებისა. ფარდობითობის ზოგადი თეორია აღწერს გრავიტაციულ ურთიერთქმედებებს და სამყაროს დიდი მასშტაბის სტრუქტურას, ანუ სტრუქტურას მასშტაბში: რამდენიმე კილომეტრიდან მილიონ მილიონ მილიონ მილიონ (ერთეული ოცდაოთხი ნულით) კილომეტრამდე, ან სამყაროს დაკვირვებადი ნაწილის ზომებამდე. კვანტურ მექანიკას კი საქმე აქვს უკიდურესად პატარა მასშტაბების მოვლენებთან, როგორიცაა სანტიმეტრის მემილიონედის მემილიონედი. და სამწუხაროდ, ეს ორი თეორია შეუთავსებელია - ისინი არ შეიძლება ერთდროულად მართალნი იყვნენ. თანამედროვე ფიზიკის ერთ-ერთი კვევითი მიმართულება და ამ წიგნის მთავარი თემა სწორედ იმ ახალი თეორიის ძიებაა, რომელიც ორ წინამდებარეს ერთში - გრავიტაციის კვანტურ თეორიაში გააერთიანებდა. ჯერ-ჯერობით ასეთი თეორია არ გვაქვს, და შესაძლოა კიდევ დიდხანს მოგვიწიოს ლოდინი, მაგრამ ჩვენ უკვე ვიცით მრავალი ის თვისება, რომელსაც იგი უნდა ფლობდეს. შემდეგ თავებში თქვენ დაინახავთ, რომ ჩვენ უკვე არც თუ ისე ცოტა ვიცით იმაზე, თუ რა წინასწარმეტყველებები უნდა გამომდინარეობდეს გრავიტაციის კვანტური თეორიიდან.

თუ თქვენ თვლით, რომ სამყარო ვითარდება არა შემთხვევითობის პრინციპით, არამედ გარკვეულ კანონებს ექვემდებარება, ბოლოს და ბოლოს მოგიწევთ, რომ ყველა კერძო თეორია ერთ მთლიანობად გააერთიანოთ, რომელიც ყველაფერს აღწერს სამყაროში...