دید کلی
آیا تاکنون سنگی را از دست خود رها کرده‌اید، به هنگام جدایی سنگ از دستتان شاهد سقوط آن بطرف زمین بوده‌اید؟ آیا تاکنون دیده‌اید که سنگ یا هر شیء دیگر که از دستتان رها می‌کنید، برخلاف حرکت آن بسوی زمین به سمت آسمان حرکت کند؟ اما زمان یونانیان این مسأله مورد توجه بوده است که اجسام تمایل حرکت بطرف زمین دارند و در جایی که نیروی گرانی رو به پایین است، ولی پایین در استوا عمود بر پایین در قطب شمال و پایین در قطب جنوب در جهت مقابل پایین در قطب شمال است.

در هر جا نیروی گرانی بسوی مرکز زمین است. به گفته نیوتن نیروی گرانی تا مدار ماه گسترش پیدا می‌کند. طبق مطالعاتی که نیوتن در این خصوص انجام داده است، نیروی لازم برای نگه داشتن ماه در مدارش با نیروی گرانی در سطح زمین با تقریب خوبی مشابه است.

 

 

 

تاریخچه
به گفته استوکلی یکی از دوستان نزدیک نیوتن ، اولین بار نیوتن زمانی که زیر درختان سیب یک باغ مشغول صرف چایی بوده است، ایده گرانش به ذهنش خطور کرده است. به گفته استوکلی او در حالیکه نسشته و در فکر فرو رفته بود، یک سیب توجهش را جلب کرد و به مفهوم گرانش پی برد.
سیر تحولی و رشد
نیوتن دستاوردهای خود را در خصوص گرانش در سال 1057- 1678 در کتاب مشهور اصول منتشر کرد، نیوتن در این کتاب از حد مسائل سیب - زمین فراتر رفته و قانون گرانش را در تمام اجسام تعمیم داده است. با توجه به اینکه گرانش در سه قلمرو مطالعه شده: جاذبه گرانش میان دو جسم ، جاذبه زمین و اجسام اطراف ما و در قلمرو منظومه شمسی برهمکنش میان ستاره‌های کهکشانها. اولین اقدامات برای توصیف حرکت منظومه شمسی توسط یونانیها انجام گرفت، بطلمیوس مطرح کرد که هر ستاره بر روی دایره‌ای حرکت می‌کند که مرکز آن به نوبه خود روی دایره دیگری به مرکز زمین در حال حرکت است.

در قرن 16 کوپرنیک یک طرح خورشید مرکزی پیشنهاد کرد که در آن خورشید در مرکز منظومه شمسی قرار دارد و زمین حول آن حرکت می‌کند. اما کپلر قوانین مهمی برای حرکت سیارات پیشنهاد کرد، اینکه تمام سیارات در مدارات بیضی شکل حرکت می‌کنند و خورشید در یکی از کانونهای آن قرار دارد، خط واصل هر سیاره به خورشید در زمانهای مساوی مساحتهای مساوی جاروب می‌کند، مجذور دوره دوران هر سیاره حول خورشید با مکعب فاصله توسط آن سیاره از خورشید متناسب است. اما نیوتن توانست قوانین کپلر را از قوانین حرکت و قانون گرانش نتیجه بگیرد و این یک پیروزی بزرگ برای او محسوب می‌شد.

 

 

 

قانون جهانی گرانش
نیرویی که دو ذره به جرمهای m1 و m2 به فاصله r از یکدیگر بهم وارد می‌کنند نیروی جاذبه‌ا‌ی است که در امتداد خط واصل دو ذره اثر می‌کند. و بزرگی آن برابراست با:

F = G m1m2/r2 و G = 6.67X10-11 Nm2/(kg)2

 

m1 و m2 جرم هر دو جسم ، r فاصله بین مرکز جرم آنها و G ثابت جهانی است و مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است. نیروی گرانشی میان دو جسم در واقع نیروهای کنش و واکنش‌اند، یعنی جسم اول نیرویی به جسم دوم وارد می‌کند، متعاقب آن جسم دوم نیز نیرویی به جسم اول وارد می‌کند، این در خط واصل بین دو جسم اثر می‌کند. این نیرو در مورد ذرات جرمدار است، یعنی اگر بخواهیم نیروی میان دو جسم بزرگ مانند زمین و ماه را تعیین کنیم باید هر جسم را به صورت مجموعه‌ای از ذرات را در نظر بگیریم و سپس نیروی برهمکنش میان این ذرات را باهم محاسبه کنیم، در این قانون فرض می‌شود که نیروی گرانش میان دو ذره از اجسام دیگر مستطیل است و به خواص فضای اطراف آنها بستگی ندارد.
تعیین ثابت جهانی گرانش
ثابت G توسط ترازوی کاوندیش بدست می‌آید، این ترازو برای بررسی تجربی قانون گرانش جرمهای
m1 = m2 به یک رشته آویخته M1 = M2 حول محور ساکنی دوران می‌کنند. تصویر رشته لامپ توسط آینه متصل به m و m وی خطکش مدرج میافتد و در هتیجه هر گونه دوران m و m قابل اندازه گیری است. در این ترازو جرمها ذره نیستند، بلکه اجسامی بزرگ هستند.

جرم زمین را می‌توان با استفاده از قانون جهانی گرانش نیوتن و مقدار محاسبه شده G از آزمایش کاوندیش تعیین کرد. به همین دلیل کاوندیش را نخستین کسی می‌دانند که زمین را وزن کرده است. جرم زمین از مساوی قرار دادن روابط به نیروی برهمکنش جرم زمین و جرم هر جسم واقع بر سطح آن ، m ، نیروی گرانش وارد بر جسم m بدست آورد.
تفاوت G و g
ثابت G دارای ابعاد L3/MT2 است و یک کمیت نرده‌ای است. g دارای ابعاد L/T2 است و یک کمیت برداری است و نه جهانی است و نه ثابت. هر چه استوا بطرف قطب روی نصف النهار جلو می‌رویم مقدار g افزایش می‌یابد، مثلا اگر رکورد پرش طول یک ورزشکار در برلین که g = 9.8128 m/s2 است برابر 8.09 متر است. رکورد او در ملبورن انگلستان که g = 9.7999 m/s2 است، یک سانتیمتر بیشتر می‌شود.

تاریخچه
مورد جالب توجهی از واکنش زنجیری شکافت در طبیعت در معدن اکلو در گابون (واقع در قاره آفریقا) دیده شده است. در سال 1972 ، دانشمندان فرانسوی نمونه‌های معدن اورانیوم را آنالیز کردند. معمولا میزان ایزوتوپ 235U در کل فراوانی اورانیوم برابر 0.7202 درصد است. با وجود این در بعضی از نمونه‌های اکلو ، فراوانی 235U تنها 0.7171 درصد یافت شد. دانشمندان نظر دادند که شاید تهی شدن 235U در نتیجه راکتور شکافت فسیلی بوده که چند میلیون سال پیش عمل کرده است.
شکافت خود به خودی اورانیوم
سن صخره حاوی کانی اورانیوم حدود 1.74X109 سال تعیین شده بود. در صخره‌ای با این سن ، مقدار اولیه 235U تقریبا 3 درصد کل اورانیوم موجود بوده است (نیم عمر 235U برابر 7.04X108 سال است). این مقدار معادل غنای ایزوتوپی اورانیوم بکار رفته در یک راکتور قدرت پیشرفته است. برای رسیدن به جرم کافی جهت ادامه واکنش زنجیری لازم بود که کانی تقریبا معدن حاوی 20 درصد اورانیوم باشد. نمونه‌هایی در جرم اکلو پیدا شده‌اند که دارای 20 تا 60 درصد اورانیوم بوده‌اند.

شکافت خودبه خودی 235U یا نوترونهای اشعه کیهانی می‌توانست نوترونهای پرتابه لازم برای شروع شکافت القایی نوترون 235U را فراهم نماید. 235U احتمال بیشتری از 235U جهت شکافت القایی نوترون دارد. به همین دلیل است که ایزوتوپ 235U بوسیله دیفیوژن گاز یا فرآیندهای دیگر غنی سازی می‌گردد تا در راکتورهای هسته‌ای و بمبهای هسته‌ای قدیمی مورد استفاده قرار گیرد. شکافت 235U چندین نوترون اضافی برای ادامه یک واکنش هسته‌ای زنجیری از طریق القای بیش از یک فرآیند شکافت ثانویه به ازای هر فرآیند شکافت اولیه یا مادر نمود.
واکنشهای زنجیری و راکتورها
شرایط دیگری نیز باید برای انجام واکنش زنجیری موجود باشند. نوترونهایی که موجب شکافت می‌شوند باید تا حد انرژیهای حرارتی حدود انرژی مولکولهای گاز (در دمای اتاق معادل Emean ? 0.04 ev) کند شوند. در راکتورهای پیشرفته آب به عنوان کند کننده متداول برای کاهش انرژیهای نوترونهای شکافت بوسیله واکنشهای برخوردهای چندگانه با اتمهای هیدروژن آب بکار می‌رود. خاک اکلو از نوعی رس و حاوی 5% آب است. این مقدار تقریبا معادل نسبت اورانیوم به آبی است که در راکتورهای مدرن بکار می‌رود.

همچنین بعضی از عناصر دارای احتمال بالای جذب نوترون بوده و لذا واکنش زنجیری را متوقف می‌کنند. این عناصر مانند V به مقدار بسیار کمی در خاک اکلو یافت شدند. عناصر دیگر با احتمال بالای جذب نوترون مانند B ، Nb و Gd به مقدار فوق العاده ناچیز در اکلو وجود دارد. مقدار جزئی از این عناصر که در ابتدا در خاک بوده است، احتمالا در عملیات ابتدائی راکتور سوخته و از بین رفته است. در کنار تهی شدن 235U ، عدم حضور سمومی مانند V و وجود مقادیر جزئی B ، Nd و Gd شواهد آزمایشی دیگری هستند که نشان می‌دهند در اکلو یک راکتور هسته‌ای طبیعی عمل کرده است.
فراوانی عناصر و فرآیند شکافت
فراوانی بالای غیر عادی از ایزوتوپهای نوکلوئیدهایی که معمولا از فرآیندهای شکافت تولید می‌شوند، ملاحظه گردید. در میان اینها ایزوتوپهایی از گازهای به دام افتاده Kr ، Xe بودند که به مقدار زیاد از شکافت 235U بوجود آمده بودند. به دلیل انجام واکنشهای رادیولیز حاصل از اشعه گاما و حرارت ، ترکیبات آلی فرار در صخره‌های این ناحیه وجود نداشت.

صخره‌های محلی نشان دهنده علائمی بودند که نشان می‌داد به شدت حرارت دیده‌اند، ولی نشانی از آتشفشان وجود نداشت. بالاخره ، نسبتهای ایزوتوپی غیر معمولی برای عناصر خاص مانند Nd که دارای ایزوتوپهای با تواناییهای مختلف برای جذب نوترون می‌باشد، وجود داشت. این ایزوتوپها که دارای احتمال بالای جذب نوترون بوده و نسبت به دیگر ایزوتوپها تهی شده‌اند، نشان دهنده حضور یک شار بالای نوترون بودند.
شکافت طبیعی در مکانهای دیگر
منطقه اکلو مورد توجه دانشمندان محیط زیست بوده است، چرا که برای مسائل دفع پسماندهای رادیواکتیو دارای اهمیت خاصی است. مکانهای دیگر راکتورهای طبیعی شکافت در حال بررسی و جستجو هستند، اما در حال حاضر اکلو تنها راکتور هسته‌ای فسیلی شناخته شده می‌باشد.

نگاه اجمالی
پتانسیل سنج ، وسیله‌ای الکتریکی است که از قطعه سیمی مقاوم (یا از ماده مقاوم الکتریکی) با مقاومت R تشکیل شده است و روی آن یک سر اتصال لغزنده قرار دارد. که با سیم اتصال الکتریکی برقرار می‌کند و معمولا در آزمایشگاه برای تنظیم و کنترل جریان از یک مقاومت متغیر استفاده می‌شود. پتانسیل منبع در سه محل اتصال الکتریکی دارد. عبارت است از نقطه A و B در دو سر سیم مقاوم و سر اتصال لغزنده T، پیچ تنظیم صدای رادیو یا وسایل صوتی دیگر ، پتانسیل سنجی ساده و ارزان قیمت است. اما پتانسیل سنج دقیق وسیله‌ای گرانقیمت است که برای اندازه‌گیری ولتاژ با دقت بسیار زیاد بکار برده می‌شود.
اساس کار پتانسیومتر
اگر اتصال بین نقطه A و T برقرار شود، این وسیله به یک مقاومت قابل تنظیم یا رئوستا تبدیل می‌شود. مقاومت بین نقطه‌های A و T و شکل R1 نشان داده می شود. با حرکت سر اتصال لغزنده T در طول سیم مقاوم ، از سر اتصال A تا سر اتصال B ، مقاومت R1 از صفر تا مقدار R تغییر می‌کند. نام پتانسیل سنج از آنجا گرفته شده است که این وسیله می‌تواند مقادیر مختلف اختلاف پتانسیل الکتریکی که یا ولتاژ ، میان سر اتصال T و یکی از دو سر سیم پتانسیل سنج (مثلا نقطه A) را بسنجد.

فرض کنید باتری با نیروی محرکه الکتریکی V به دو سر A و B ، وصل شده است. مقاومت بین A و T را R1 و مقاومت بین B و T را R2 می‌گیریم. به این ترتیب ، این دو مقاومت یک تقسیم کننده ولتاژ محسوب می‌شود. ولتاژ میان دو سر اتصال A و T را VTA کسری از ولتاژ میان A و B که VBA است. در این صورت مقاومت R1 + R2 ثابت و برابر با مقاومت پتانسیل سنج ، R است. هنگامی که لغزنده در طول سیم مقاوم حرکت می‌کند، مقاومت R1 از صفر تا R و ولتاژ VTA بیان نقطه‌های A و T از صفر تا VRA تغییر می‌کند. این کار ، روش ساده‌ای برای تولید ولتاژ متغیر با استفاده از ولتاژ ثابت است.
مثال کاربردی
در مورد پیچ تنظیم صدای رادیو ، ولتاژ VBA داده شده به پتانسیل سنج ، ولتاژی با بسامد صوتی متناظر با موج صوتی است. مقدار متغیر ولتاژ دو سر اتصال پتانسیل سنج (VTA) به بلندگو داده می‌شود. (از طریق تقویت کننده رادیو) و با حرکت لغزنده شدت صوتی که از رادیو می‌شنویم، تغییر می‌کند.
پتانسیومتر دقیق
در پتانسیل سنجهای دقیق ، نسبت مقاومتهای R1 و R1 با دقت زیاد قابل تنظیم است. در این نوع وسایل ، یک باتری با ولتاژ V از طریق رئوستای r به پتانسیل سنج وصل می‌شود. و رئوستا تا جایی میزان می‌شود که ولتاژ VBA مقدار معین و دقیقی (مثلا 1.6000 ولت) داشته باشد. هنگامی که ولتاژ نامعلوم Vx را از طریق گالوانومتر به سر اتصال T اعمال می‌کنیم. نسبت R1/R را آنقدر تغییر می‌دهیم تا گالوانومتر عبور هیچ جریانی را نشان ندهد. در این شرایط ، ولتاژ Vx برابر است با (VBA(R1/R.
روش درجه بندی ولتاژ
برای درجه بندی ولتاژ VBA ، پیل استانداردی را با ولتاژ دقیقا معلوم به جای Vx قرار می‌دهیم، نسبت R1/R متناظر با این ولتاژ را تنظیم ، رئوستای r را برای جریان صفر گالوانومتر میزان می‌کنیم. با استفاده از پتانسیل سنج بسیار دقیق می‌توان ولتاژها را تا پنج رقم با معنی و تا حد میلی ولت هم اندازه ‌گیری کرد. اما ، فرآیند اندازه گیری با پتانسیل سنج کند و دستگاه اندازه ‌گیری هم پر حجم است. در حال حاضر ، بیشتر اندازه گیریهای دقیق ولتاژ با استفاده از ولت سنجهای رقمی و دقیق انجام می‌گیرند. پتانسیل سنج را برای درجه بندی ولت سنج رقمی می‌توان بکار برد.

مقدمه
مشاهدات مستقیم در معادن و گمانه‌ها نشان می‌دهند که درجه حرارت با عمق تغییر می‌کند، در اعماق کاملا میانی شیب منحنی درجه حرارت یکنواخت می‌شود. یکی از مسائل مهمی که در مورد حرارت زمین وجود دارد کندی انتقال حرارت آن است، مثلا در عمق یک متری تغییرات روزانه دمای زمین به سختی قابل سنجش است و دامنه آن بندرت به یک درجه سانتیگراد می‌رسد. در عمق چند متری فقط تغییرات فصلی آن هم با اختلاف چند ماه نشان می‌دهد و بالاخره در عمق 20 متری تقریبا درجه حرارت ثابت است.
توزیع حرارت در داخل زمین
افزایش دمای ناشی از افزایش عمق را شیب زمین گرمایی می‌گویند. شیب زمین گرمایی می‌تواند از کمتر از 10 درجه سانتیگراد در هر کیلومتر تا 50 درجه سانتیگراد در کیلومتر متغیر باشد. می‌توان گفت که میانگین شیب زمین گرمایی چیزی در حدود 30 درجه سانتیگراد در هر کیلومتر است. با وجود چنین شیبی خیلی زود می‌توان به آبهای داغ در زمین دست یافت. با احتساب همین شیب ، دمای زمین در عمق 50 کیلومتری باید 1500 درجه سانتیگراد باشد و این دمایی است که سبب می‌شود هر سنگ شناخته شده‌ای را ذوب کند.

عقیده بر این است که شیب زمین گرمایی پس از چندین ده کیلومتر عمق ناپدید می‌شود. شواهد لرزه نگاری نشان می‌دهد که تمامی گوشته جامد است، شاید به استثنای پاره‌ای از قسمتهای استنوسفر ، لذا درجه حرارت در هر عمقی از آن نمی‌تواند از حدود ذوب مواد سازنده آن قسمت تجاوز کند. اطلاعات مربوط به تغییر نقطه ذوب با فشار در مورد سیلیکاتها کامل نیست اما برای دیوسپید حدود ْkilobar/10 یا 3ْ بر Km ذکر شده است.

بر این اساس درجه حرارت قسمت تحتانی گذشته نمی‌تواند بیش از حدود ْ10000 باشد. به هر حال منحنیهای نقطه ذوب سیلیکاتها انحنای مشخصی دارند و دامنه آنها به نحو چشمگیری با افزایش فشار ، کاهش می‌یابد؛ به گونه‌ای در اعماق زیاد تا حد چشمگیری پایینتر از حد پیشگویی شده قبلی است و نقطه ذوب مواد در قاعده گوشته حدود ْ4000 تخمین زده شده این درجه با یک هسته گداخته سازگار است زیرا این نظر وجود دارد که نقطه ذوب آهن در فشار مرز گوشته - هسته در همین حدود است.

سالهای متمادی است که بحث تئوری همه چیز در فیزیک مطرح شده است. منظور از این تئوری چیست؟ یک تئوری برای همه چیز به چه سئوالاتی باید پاسخ دهد؟ اجازه دهید بحث را با سخنان هاوکینگ دنبال کنیم. هاوکینگ می گوید نظریه نسبیت عام اینشتین نظریه‌ای در باره جرم‌های آسمانی بزرگ مثل ستارگان، سیارات و کهکشان‌هاست که برای توضیح گرانش در این سطوح بسیار خوب است مکانیک کوانتومی نظریه‌ای است که نیروهای طبیعت را مانند پیام‌هایی می‌داند که بین فرمیون‌ها (ذرات ماده) رد و بدل می‌شوند. مکانیک کوانتومی در توضیح اشیاء، در سطوح بسیار ریز خیلی موفق بوده بوده است یک راه برای ترکیب این دو نظریه بزرگ قرن بیستم در یک نظریه واحد آن است که گرانش را همانطور که در مورد نیروهای دیگر با موفقیت به آن عمل می‌کنیم، مانند پیام ذرات در نظر بگیریم. یک راه دیگر بازنگری نظریه نسبیت عام اینشتین در پرتو نظریه عدم قطعیت است با توجه به سخنان هاوکینگ دو نظریه مهم فیزیک و مکانیک کوانتوم، هریک به تنهایی خوب عمل می کنند، اما با یکدیگر ناسازگارند. بنابراین مسئله اصلی این است که راهی بیابیم تا این دو نظریه را با یکدیگر ترکیب کنیم برای ترکیب این دو نظریه تلاشهای زیادی انجام شده است که به چند مورد آنها اشاره می کنیم ابر گرانش همه ی مواد موجود در طبیعت از دو نوع ذره ی بنیادی به نام فرمیون ها و بوزن ها تشکیل شده اند. تفاوت فرمیون ها و بوزن ها در اسپین آنها می باشد به طوری که اسپن فرمیون ها نیمه درست و اسپین بوزن ها عددی درست است. همه ی انواع ذرات دست کم از دو خاصیت ذاتی جرم و اسپین برخوردارند. جرم خاصیتی آشنا برای تمام مواد است که به همان صورتی که برای اجسام بزرگ مقیاس در نظر گرفته می شود ، در مورد کوچک ترین اجزا تشکیل دهنده ی ماده نیز کاربرد دارد . اسپین خاصیت ظریف تری است که در اجسام بزرگ مقیاس به سادگی قابل شناسایی نیست . اسپین ، در واقع ، خاصیتی است که در قرن بیستم کشف شد تا رفتار بی هنجار الکترون ها را در میدان مغناطیسی توضیح دهد. هر تقارنی که در جست و جوی ارتباط میان فرمیون ها و بوزون ها ، یعنی ذراتی با اسپین های متفاوت ، باشد ابَرَتقارن نامیده می شود. و اما ابَرَگرانش ، نظریه ای پیشنهادی در فیزیک بنیادی است که ابرتقارن و گرانش را در هم می آمیزد. اولین نظریه ی ابرگرانش توسط سه فیزیکدان در سال 1976 فرمول بندی شد. لینک مرتبط ابر ریسمان در مطالعات و بررسی های مرسوم در فیزیک کوانتومی نسبیتی ، ذرات بنیادی را به صورت نقاط ریاضی و بدون گستردگی فضایی در نظر میگیریم. این رهیافت موفقیت های بسیار چشمگیری داشته است ، ولی در انرژی های خیلی خیلی زیاد یا فاصله های بسیار بسیار کوتاه که بزرگی میدان گرانشی با بزرگی نیروهای هسته ای و الکترو مغناطیسی قابل مقایسه می شود این رهیافت با شکست رو به رو می شود. در سال 1974 ژوئل شرک و جان شوارتز به منظور غلبه بر این مشکل توصیف وحدت یافته ای از ذرات بنیادی را بر اساس منحنی های یک بعدی بنیادی به نام ریسمان مطرح کردند . به نظر میرسد که نظریه های ریسمان از هر نوع ناسازگاری که در تمام تلاش های قبلی دست یابی به نظریه ای وحدت یافته برای توصیف گرانش و سایر نیرو ها ایجاد مزاحمت کرده است ، مبراست . نظریه ابرریسمان که در آنها از نوع خاصی تقارن به نام ابرتقارن ، بهره گیری می شود ، بیشترین امیدواری را برای ارائه ی نتایج واقع بینانه پدید آورده اند لینک مرتبط بوزون هگز در دهه های اخیر فیزیکدانان یک مدل تحت عنوان مدل استاندارد را ارائه کردند تا یک چوب بست نظری برای فهم ذرات بنیادی و نیروهای طبیعت فراهم آورند. مهمترین ذره در این مدل، یک ذره ی فرضی موجود در همه ی میدانهای کوانتومی است که نشان می دهد سایر ذرات چگونه جرم به دست می آورند. در واقع این میدان پاسخ می دهد که همه ی ذرات در حالت کلی چگونه جرم به دست می آورند. این میدان، میدان هگز Higgs field خوانده می شود. نتیجه ی منطقی دوگانگی موجو - ذره این است که همه ی میدانهای کوانتومی دارای یک ذره ی بنیادی باشند که با میدان در آمیخته است. این ذره که با همه ی میدانها در آمیخته و موجب کسب جرم توسط سایر ذرات می شود، هگز بوزون Higgs boson نامیده می شود لینک مرتبط جمع بندی حال مطلب بالا را جمع بندی می کنیم یک - نسبیت عام باید مکانیک کوانتوم ترکیب شود تا مشکلات موجود در فیزیک نظری بر طرف گردد. طبق نسبیت عام مسیر نور در میدان گرانشی خمیده است که آن را تحت عنوان فضا - زمان مطرح می کنند. مکانیک کوانتوم به ویژگیها و رفتار ذرات زیر اتمی می پردازد و با کوانتومها یا کمیتهای گسسته سروکار دارد. در حالیکه در نسبیت عام فضا - زمان پیوسته است دو - باید ارتباط بین فرمیونها و بوزونها توضیح داده شود. همجنانکه می دانیم فرمیونها شامل ذراتی نظیر الکترونها و پروتونها هستند که دارای اسپین نادرست می باشند و بوزونها دارای اسپین درست هستند سه - هگز بوزونها باید توضیح داده شوند، یعنی اینکه ذرات چگونه جرم به دست می آورند. با توجه به رابطه جرم - انرژی می دانیم هرگاه ذره ای در یک میدان شتاب بگیرد، انرژی و در نتیجه جرم آن افزایش می یابد. بنابراین مسئله این است که این پدیده یعنی افزایش جرم را چگونه می توان توجیه کرد؟ راه حل برای رسیدن به یک راه حل اساسی که بتواند مشکلات عمده ی فیزیک معاصر را بر طرف سازد، راه های مختلفی وجود که به نتایج متفاوت و گاهی ناسازگار می انجامد. نظریه های مختلفی که در این زمینه مطرح شده اند، بخوبی نشان می دهند که نگرش بانیان آنها بر اساس دو گانگی بین بوزونها و فرمیونها شکل گرفته است. سئوال اساسی این است که آیا حقیقتاً بوزون و فرمیون دو موجود کاملاً متفاوت از یکدیگرند؟ در نظریه ریسمانها، ریسمان به عنوان یک بسته فوق العاده کوچک انرژی تلقی می شود و که با پیوستن آنها به یکدیگر و با ارتعاشات مختلف آنها سایر ذرات نمود پیدا می کنند. در نظریه هگر بوزون به دنبال ذره ای هستند که موجب ایجاد یا افزایش جرم می شود. اگر این مسئله ی هگز بوزون را با دقت بیشتری بررسی کنیم شاید بتوانیم به نتایج جالب توجه تری برسیم اجازه بدهید تصورات خود را از بوزون و فرمیون یا به عبارت دیگر از جرم - انرژی و نیرو تغییر دهیم. در فیزیک مدرن جرم و انرژی دو تلقی مختلف از یک کمیت واحد هستند. جرم هر ذره را می توان با محتویات انرژی آن اندازه گرفت و همچنین انرژی یک ذره را می توان با جرم آن هم ارز دانست. لذا در فیزیک معاصر ما با دو کمیت بیشتر سروکار نداریم، انرژی و نیرو اگر رابطه ی نیرو و انرژی را با دید متفاوتی مورد بحث قرار دهیم، می توانیم به نتایج جالب توجهی برسیم. نیرو به عنوان انرژی در واحد طول مطرح می شود که برای آن رابطهی زیر داده شده است F=-dU/dx => du= - Fdx حال ذره ای را در نظر بگیرید که انرژی آن در حال تغییر است. این تغییرات را از دو جهت می توان مورد توجه قرار داد. یکی از جهت افزایش و دیگری از جهت کاهش. از نظر افزایش نسبیت برای آن محدودیتی قائل نشده است و طبق رابطه ی جرم نسبیتی، جرم آن بینهایت قابل افزایش است. اما از جهت کاهش طبیعت خود برای آن محدودیت قائل شده و آن این است که تمام ذره تمام انرژی خود یا به عبارت دیگر، جرم - انرژی خود را از دست بدهد ذره ای را در نظر بگیرید که در یک میدان دارای شتاب منفی است. اگر فاصله به اندازه ی کافی بزرگ و میدان بسیار قوی باشد، آیا انرژی آن به صفر خواهد رسید؟ چنین آزمایشی برای اجسام مثلاً یک فطعه فلز چندان قابل تصور نیست، اما برای یک کوانتوم انرژی( فوتون) به خوبی قابل درک است. زیرا در نسبیت فوتون نمی تواند از یک سیاه چاله بگریزد. این پدیده را چگونه می توان توجیه کرد؟ یکبار دیگر به رابطه نیرو - انرژی بر گردیم F=-dU/dx => du= - Fdx در رابطه ی بالا انرزِ و فاصله تغییر می کنند، اما نیرو ثابت است. اگر نیرو یعنی F یک کمیت ثابت و تغییر ناپذیر است، چگونه می توان هگز بوزون را توجیه کرد؟ یعنی واقعاً این کاهش یا افزایش جرم چگونه امکان پذیر است. متاسفانه این دیدگاه از مکانیک کلاسیک به نسبیت تسری یافت و هیچگونه بخثی در این زمینه مطرح نشد. اگر بخواهیم با همان نگرش کلاسیکی مشکلات فیزیک و ناسازگاری نسبیت و مکانیک کوانتوم را بر طرف سازیم، راه به جایی نخواهیم برد، همچنانکه تا به حال این چنین بوده است اشکال بعدی که مانع رسیدن به یک نتیجه ی قابل توجه می شود این است فیزیکدانان به مشکلات به گونه ای پراکنده برخورد می کنند. هگز بوزون مسیر خود را می پیماید، مکانیک کوانتوم می خواهد مشکلات فیزیک را در چاچوب قوانین کوانتومی حل کند، و مهمتر از همه اینکه مکانیک کلاسیک تقریباً به فراموشی سپرده شده است. همه اینها هر کدام نگرشی خاص به جهان دارند و عمومیت ندارند. در حالیکه طبیعت یگانه است و قانون نیز بایستی از یک وحدت برخوردار باشد که هست. ترکیب مکانیک کوانتوم و نسبیت زمانی امکان پذیر است که نگرش هگز بوزون همراه با مکانیک کلاسیک نیز در این ترکیب منظور گردد هر کدام از این تئوری ها قسمتی از قوانین حاکم بر طبیعت را نشان می دهند. اگر در یک نگرش همه جانبه این قسمتهای مختلف را که با تجربه تایید شده اند توام در نظر بگیریم می توانیم به یک فیزیک یا یک نظریه برای همه چیز برسیم از کجا شروع کنیم؟ 1 با روند تکامل نظریه ها پیش می رویم. نخست مکانیک کلاسیک را در نظر می گیریم و به مورد خاص آن قانون دوم نیوتن توجه می کنیم، این قانون را با جرم نسبیتی یعنی m=m0/(1-v2/ c2)1/2 , E=mc2 و نظریه هگز بوزون می توان ترکیب کرد. اگر ذره/جسمی تحت تاثیر نیرو جرمش تغییر می کند، این تغییر جرم ناشی از این است که بوزون (نیرو) تبذیل به انرژی می شود. البته این روند جهت معکوس نیز دارد، یعنی در روند عکس با کاهش سرعت، انرژی به نیرو یا بوزون تبدیل می شود 2 در مورد قضیه کار انرژی W=DE برخوردی دوگانه وجود دارد. قسمت کار آن را با مکانیک کلاسیک مد نظر قرار می دهند و کار را کمیتی پیوسته در نظر می گیرند، در حالیکه با انرژی آن برخوردی کوانتومی دارند. در واقع بایستی هر دو طرف رابطه را با دید کوانتومی در نظر گرفت. در این مورد مثالهای زیادی می توان ارائه داد که با این برخورد دوگانه در تناقض قرار خواهد گرفت. اگر این مورد را بکار بندیم مشکل ارتباط فرمیونها و بوزونها بر طرف خواهد شد. این مورد مکمل قسمت پیشین است و حرف تازه ای نیست 3 اگر بپذیریم که کار کوانتومی است، الزاماً به این نتیجه خواهیم رسید که نیرو بطور کلی و از جمله گرانش نیز کوانتومی است. مفهوم صریح و در عین حال ساده آن این است که فضا - زمان کوانتومی است. با نگرش کوانتومی به گرانش یا به تعبیر نسبیت فضا - زمان، مکانیک کوانتوم و نسبیت با یکدیگر ترکیب خواهند شد. تنها موردی که در این جا باید متذکر شد این است که کوانتومی بودن فضا - زمان می تواند انحنای آن را نیز نتیجه دهد چنین نگرشی می تواند به یک نظریه برای همه چیز منتهی شود. نظریه ای که تحت عنوان نظریه سی. پی. اچ. مظرح شده است