شامل:
ديدگاه انيشتن از فضا
مكانيك كوانتوميدر فضاي بين چشمان شما تا مانيتور ، چه چيزي هست؟ با وجود اينكه ميدانيم مولكولهاي هوا در اطرافمان شناور هستند ، به نظر ، جز يك فضاي خالي در اين بين قرار ندارد . حال اگر بتوان از شر مولكولهاي هوا نيز خلاص شد و يك خلا كامل در فضاي بين دستها و چشمانتان ايجاد كرد ، جواب سوال با اطمينان اين است كه در اين حجم از فضا هيچ چيز قرار ندارد.
در واقع اين ديدگاه عمومي از فضا اشتباه است! فيزيك نوين نشان ميدهد فضا – حتي يك خلا مطلق – خواص تعجب آوري دارد . در واقع يك خلا مملو از فعاليت ، همراه با ظهور و اُفول انواع مختلفي از ذرات و شامل برهمكنش هاي بسته هاي مختلف انرژي است . در اوايل دهه 1990 ، پژوهشگران براي درك اين شرايط نامانوس و عجيب تلاشهاي فراواني كردند تا توصيفي براي ماهيت بنيادين فضا ، يكي از اسرار باقيمانده علم ، بيابند.
تئوري عام انيشتن تصريح ميكند يك جسم پرحجم شبيه خورشيد ، فضا-زمان را در اطرافش خم ميكند ، تقريبا مانند توپ بولينگي كه وقتي روي يك صفحه لاستيكي كه از اطراف مهار شده قرار داده شود باعث انحناي صفحه ميشود . و يك جسم كوچكتر مانند زمين و ساير سيارات كه به دور جسم پرحجم تر در مسيرهايي در منحني فضا-زمان ميچرخند ، شبيه تيله هايي در صفحه لاستيكي تحت تاثير توپ بولينگ ، به دورش گردش ميكنند.نسبيت عام نشان داد كه جاذبه گرانشي بين اجسام در واقع يك معلول هندسي در فضا و زمان است و اجسام به واسطه انحنايي كه جرمشان در فضا-زمان ايجاد ميكند ، به سوي يكديگر جذب ميشوند.
مكانيك كوانتومياگرچه نسبيت عام تشريح تاثير گرانش در اطراف سيارات ، ستارگان ، كهكشانها و ديگر اجسام پرحجم را نشان ميدهد ، اما توضيحي براي پديده اي كه در فواصل بسيار كوچك ، در حوزه اتمها و ذرات زيراتمي رخ ميدهد ندارد . اين تاثيرات توسط مكانيك كوانتومي تشريح ميشوند ، شاخه اي فيزيك كه در اوايل دهه 1900 بوسيله تعدادي از دانشمندان از جمله "ماكس پلانك" ، "نيلز بور" ، "اروين شرودينگر" و "ورنر هايزنبرگ" بنا شد . مكانيك كوانتومي توضيح ميدهد كه اتمها چگونه واحدهاي انرژي و شتاب حركتي ذرات را جذب و بصورت تشعشع به بيرون ميفرستند كه اين خود توصيف ذرات كوانتومي (كوانتا) است كه هم بصورت ذره اي و هم بصورت موجي رفتار ميكنند . مكانيك كوانتومي همچنين رفتار ذرات گوناگون تشكيل دهنده اتمها را نيز شرح ميدهد.
فيزيكدانان با بسط نظريه كوانتومي به مدل استاندارد ذرات رسيدند كه تمام ذرات بنيادي تشكيل دهنده اتم را شرح ميدهد.
بر طبق اين نظريه پروتونها و نوترونها كه تشكيل دهنده هسته اتم هستند ، خود از ذرات ريزي به نام كوارك ها تشكيل شده اند . شش نوع كوارك شناخته شده وجود دارد كه در جرم و بار الكتريكي شان با يكديگر تفاوت دارند و بعلاوه اتمها از ذراتي با بار منفي به نام الكترونها نيز تشكيل شده اند كه به دور هسته در حال گردش هستند.
همچنين مدل استاندارد دربرگيرنده نيروهايي كه در محدوده زيراتمي فعاليت ميكنند ، شامل نيروي الكترومغناطيسي (كه اتمها و هسته را كنار يكديگر قرار داده است) و نيروي ضعيف هسته اي (كه مسبب تشعشع راديواكتيو است) نيز ميشود . نيروهاي مذكور توسط ذراتي به نام "بوزون" منتقل ميشوند . به عنوان مثال بوزونهاي مشهور به فوتون حامل نيروي الكترومغناطيسي هستند.
بنابراين دانشمندان يك تئوري (نسبيت عام) براي تشريح رفتار حجم هاي بزرگ مانند سيارات و تئوري ديگري (مكانيك كوانتومي) براي توصيف رفتار اتمها و ذرات زيراتمي در اختيار دارند . فيزيكدانان بر اين باورند كه در حال حاضر نياز امروز فيزيك يك تئوري واحد است كه اين دو مفهوم جدا از هم را به نوعي با هم اغدام كند . "نظريه يكپارچگي" توضيحي براي اصول بنياديني است كه فيزيكدانان آنرا زمينه ساز عملكرد يكپارچه هر دو تئوري نسبيت عام و مكانيك كوانتومي با يكديگر ميدانند.
