تجربه زمان و مکان

(برگرفته از کتاب تار و پود جهان هستی، نوشته برايان گرين)
از هنگامي که امپدوکلس از شهر آگريگنتو اعلام کرد که کائنات از آب و خاک و هوا و آتش تشکيل ميشود، تا کنون راه درازي را پيموده‌ايم و بيشتر پيشرفتهاي علمي که از زمان نيوتون تا اکتشافات حيرت‌انگيز قرن بيستم، بدان دست يافته‌ايم، همواره از اين مسير عملي شده است که پيش‌گوئيهاي دقيق و مفصل نظري بنحو درخشاني در معرض تصديق تجربي قرار گرفته‌اند. اما از اواسط دهه ۱۹۸۰ تا کنون، قرباني پيشرفتهاي خودمان شده‌ايم. اصرار بي‌وقفه براي توسعه مرزهاي دانش موجب شده است که تئوريهاي ما به چنان اقليمهائي وارد شوند که تحقيق عملي پيرامون آنها از حوزه تکنولوژي معاصر ما بسيار فراتر است.

با وجود اين، ميتوان اميدوار بود که بسياري از ايده‌هاي علمي مربوط به جبهه مقدم دانش، با کوششهاي پيگيرانه و ضمن برخورداري از بخت و اقبال، در طول چند دهه آينده در معرض آزمايش قرار بگيرند. چنانکه در اين فصل بحث خواهيم کرد، تجربيات آزمايشگاهي برنامه‌ريزي شده يا در شرف برنامه‌ريزي از اين امکان بالقوه برخوردارند که اطلاعات بسياري را درباره ابعاد اضافي، ترکيب ماده و انرژي تاريک، منشاء جرم و اقيانوس هيگز، وضعيت کائنات در لحظات آغازين، اهميت پديده فوق تقارن، و حتي درجه اعتبار خود نظريه تارهاي مرتعش روشن سازند. از اينرو، با کمي بخت و اقبال بيشتر، ميتوان اميدوار بود که بعضي از ايده‌هاي تخيلي سازنده درباره يگانگي نظريات علمي، ماهيت زمان و مکان و منشاء جهان ما نهايتاٌّ بنحوي تجربي در معرض آزمايش قرار گيرند.

اينشتين در تنگنا
 اينشتين در کوشش ۱۰ ساله خود بمنظور تدوين نظريه نسبيت عام، از محافل و منابع چندي الهام گرفت. از اين ميان و مهمتر از همه ميتوان به ديدگاه‌هاي رياضي درباره اشکال منحني اشاره کرد که در قرن نوزدهم توسط چندين متفکر رياضي از جمله کارل فريدريش گائوس[1]، يانوس بوليائي[2]، نيکولاي لوباچوسکي[3]، و گئورگ برنارد ريمن[4] تدوين شده بود. همانطور که در فصل سوم بحث کرديم، اينشتين همچنين از نظريات ارنست ماخ الهام گرفت. بياد آوريم که ماخ طرفدار مفهومي نسبيت‌گرايانه از مکان بود. مکان از ديدگاه او بمنزله زباني بود که بکمک آن ميتوان جايگاه يک شيء نسبت به شيء ديگر را بيان کرد، اما اين مکان به خودي خود موجوديت مستقلي نداشت. اينشتين در ابتدا چنان شيفته ديدگاه ماخ بود که سر از پا نميشناخت، زيرا اين ديدگاه تا منتهي درجه ممکن نسبيت‌گرايانه بود. اما اينشتين بتدريج و ضمن تعميق دانشش درباره نسبيت عام، پي برد که نميتواند همه ديدگاه‌هاي ماخ را بپذيرد. از ديدگاه نسبيت عام، سطح آب در سطل چرخان نيوتون، بفرض چرخش اين سطل در جهاني کاملاٌّ خالي از ماده، ميتوانست شکل مقعري به خود بگيرد، و اين امر با ديدگاه‌هاي نسبيت‌گرايانه صِرف ماخ تعارض داشت، زيرا وي مفهومي مطلق براي شتاب را مطرح ميساخت. با اين حال، نسبيت عام با برخي از ديدگاه‌هاي ماخ مطابقت دارد، و در طول چند سال آينده، آزمايش مهمي با هزينه بيش از ۵۰۰ ميليون دلار که در حدود ۴۰ سال براي آن برنامه‌ريزي شده است، براي تعيين درستي يا نادرستي يکي از مهمترين ديدگاه‌هاي ماخ به کار گرفته خواهد شد.

آن تعداد از قوانين فيزيکي که در اين تحقيقات در معرض مطالعه قرار خواهند گرفت، از سال۱۹۱۸ شناخته شده بودند، يعني هنگامي که پژوهشگران اتريشي يوزف لنز[5] و هانس تيرينگ[6] از نسبيت عام استفاده کرده و نشان دادند که، همانطور که جسم سنگيني مانند يک توپ بولينگ که بر روي يک توري قرار دارد، فضا و زمان اطراف خود را دچار انحناء ميکند، يک جسم چرخان نيز فضا و زمان را حول محور خود مجبور به چرخش ميکند، درست مانند سنگ چرخاني که درون سطلي از مايع غوطه‌ور شده باشد. اين پديده موسوم به فريم درگينگ[7] (انتقال حرکت به ظرف) بوده و بدان مفهوم است که، بعنوان مثال، شهاب‌سنگي که در حال سقوط آزاد به داخل يک حفره سياه يا ستاره نوتروني چرخان با سرعت زياد باشد، در فضاي چرخاني شبيه به يک گرداب گرفتار خواهد شد، و در حين حرکت خود به طرف پائين، مجبور به انجام نوعي حرکت چرخشي نيز خواهد شد. اين پديده از آن جهت «فريم درگينگ» ناميده ميشود که از ديدگاه شهاب‌سنگ، يعني از محورهاي مختصات آن، ظاهراٌّ هيچ نيروي چرخشي بر آن وارد نميشود، و شهاب‌سنگ مذکور ظاهراٌّ در امتداد خطي مستقيم و در راستاي يک شبکه توري فرود مي‌آيد، اما از آنجا که فضا (طبق شکل ۱/۱۴) حالت گردابي دارد، شبکه توري رفته- رفته تاب ميخورد، از اينرو مفهوم «فرود بخط مستقيم» در اين حالت نسبت به حالتي که از نقطه بعيدي ناظر وضعيت باشيم و حالت گردابي نيز وجود نداشته باشد، متفاوت خواهد بود.

براي فهم ارتباط اين مسأله با ديدگاه‌هاي ماخ، حالتي از فريم درگينگ را در نظر ميگيريم که جسم چرخان ضمن سنگين بودن، حالت کره توخالي را دارد. محاسباتي که در سال ۱۹۱۲ توسط اينشتين (حتي پيش از تکميل نظريه نسبيت عام) بصورت مقدماتي انجام شد، و در سال ۱۹۶۵ توسط ديتر بريل[8] و جفري کوهن[9] بسط و گسترش يافت و نهايتاٌّ در سال ۱۹۸۵ توسط فيزيکدانان آلماني هربرت پفيستر[10] و ک. برائون[11] تکميل گرديد، نشان دادند که فضاي داخل کره توخالي در اثر حرکت دوراني کره دچار درگينگ شده و داراي اسپيني از نوع گرداب خواهد بود[12]. اگر سطل ساکني را در نظر بگيريم که مملو از آب است – ساکن از ديدگاه ناظري واقع در فاصله‌اي بعيد – و سطل مذکور را درون يک چنين کره چرخاني قرار بدهيم، محاسبات نشان ميدهند که فضاي چرخان داخل کره نيروئي را بر آب ساکن اعمال خواهد نمود و موجب خواهد شد که سطح آب در مجاورت ديواره‌هاي سطل بالا آمده و شکل مقعري را پيدا کند.

شکل ۱/۱۴ جسمي سنگين و چرخان فضا را مجبور به چرخش در اطراف خود ميکند. فضا در اين پديده در حکم «فريم در حال سقوط» آزاد ميباشد.

اين نتيجه‌گيري ميتوانست براي ماخ بينهايت خوشايند باشد. هرچند ممکن است که اصطلاح «فضاي چرخان» خوشايند او نبوده باشد، زيرا اين عبارت حاکي از آنست که فضا – زمان داراي عينيت است، با اينحال اين نکته از نظر او بسيار خوشحال‌کننده بود که حرکت دوراني نسبي بين کره و سطل موجب تغيير شکل سطح آب ميشود. در واقع اگر پوسته‌اي را در نظر بگيريم که از جرم کافي برخوردار باشد، مثلاٌّ در حد جرم موجود در کل کائنات، محاسبات نشان ميدهند که چه کره خالي را در حال چرخش حول سطل در نظر بگيريم، و چه سطل را در حال چرخش درون کره توخالي در نظر بگيريم، ذره‌اي تفاوت در نتايج ندارد. همانطور که ماخ عنوان ميکرد، تنها چيزي که اهميت دارد، عبارت از چرخش نسبي بين آن دو است. و چون محاسبات اشاره شده غير از نسبيت عام بر چيز ديگري تکيه نميکنند، اينجا با نشانه واضحي از رابطه مشخصي بين نظريه اينشتين و ديدگاه ماخ سر و کار داريم (استدلال متعارف ماخ حاکي از آنست که اگر سطل در کائناتي بي‌پايان و خالي از ماده چرخانده شود، سطح آب هموار باقي ميماند، و نسبيت عام با اين نتيجه مخالف است. آنچه که نتيجه‌گيريهاي پفيستر و برائون نشان ميدهند، عبارت از آنست که اگر کره چرخان از جرم کافي برخوردار باشد، در آن صورت قادر است تا همه تأثيرات فضاي خارج از کره را در درون خود خنثي نمايد).

در سال ۱۹۶۰، لئونارد شيف[13] از دانشگاه استانفورد و جورج پيو[14] از وزارت دفاع آمريکا هريک مستقلاٌّ اين قضيه را مطرح کردند که ميتوان پديده فريم درگينگ مطرح در نسبيت عام را ضمن استفاده از حرکت دوراني زمين در معرض آزمايش قرار داد. شيف و پيو پي‌بردند که از ديدگاه فيزيک نيوتوني، اگر ژيروسکوپ چرخاني روي مداري در بالاي سطح زمين در حالت شناور قرار داشته باشد، همواره متوجه جهتي ثابت و لايتغير خواهد بود (ژيروسکوپ عبارت از جسم دايره‌وي چرخاني است که روي محوري سوار شده باشد)، اما محور ژيروسکوپ مذکور از ديد نسبيت عام، بعلت درگينگ فضا در اثر زمين، مقدار ناچيزي دچار چرخش خواهد شد. از آنجا که جرم زمين در مقايسه با کره توخالي فرضي منظور نظر پفيستر و برائون بسيار کوچک است، ميزان فريم درگينگ ناشي از چرخش آن نيز ناچيز خواهد بود. محاسبات مفصلتر نشان دادند که اگر محور ژيروسکوپ بدواٌّ به طرف يک ستاره مبنا تنظيم شده باشد، بعد از گذشت يک سال، حرکت گردابي آهسته فضا موجب خواهد شد که محور ژيروسکوپ به ميزاني در حدود يک صدهزارم درجه منحرف بشود. اين زاويه معادل زاويه‌اي است که عقربه بزرگ ساعت در زماني معادل دو ميليونيم ثانيه طي ميکند، از اينرو اندازه‌گيري آن مشکل فني و مهندسي عمده‌اي را تشکيل ميدهد.

بعد از گذشت ۴ دهه شامل تحقيقات متعدد و تدوين حدود يکصد رساله دکترا، يک گروه تحقيقاتي از دانشگاه استانفورد به رهبري فرانسيس اِوِريت[15] ضمن بهره‌جوئي از امکانات مالي تخصيص يافته توسط ناسا، اينک آماده انجام اين آزمايش است. در طول چند سال آينده، ماهواره موسوم به ماهواره پژوهشگر گرانش B که در فاصله ۴۰۰ مايلي در فضا شناور بوده و مجهز به ۴ ژيروسکوپ از دقيقترين نوعي است که تاکنون ساخته شده است، سعي در اندازه‌گيري ميزان فريم درگينگ ناشي از حرکت دوراني زمين خواهد کرد. در صورت موفقيت اين آزمايش، نظريه نسبيت عام با دقتي که تاکنون بي‌سابقه بوده است، در معرض تصديق قرار خواهد گرفت، و براي نخستين بار نشانه مستقيمي از پديده ماخ را ارائه خواهد داد[16]. چنانکه از طريق اين آزمايش، انحرافاتي از نظريه نسبيت عام نيز ثابت شود، کمتر از آن هيجان‌انگيز نخواهد بود. وجود يک چنين خلل کوچکي در ساختار نسبيت عام دقيقاٌّ همان چيزي است که ما بدان نياز داريم، تا از بر برخي ويژگيهاي زمان و مکان آگاهي پيدا کنيم که تاکنون از ديد ما پنهان بوده است.


بازيابي موج
يکي از درسهاي اساسي نسبيت عام عبارت از آنست که جرم و انرژي موجب تغيير شکل فضا – زمان ميشود، که اين موضوع را در شکل ۱۰/۳ با تصوير فضاي منحني اطراف خورشيد نشان داده بوديم. يکي از محدوديتهاي تصاوير ثابت عبارت از آنست که اين نوع تصاوير قادر به انعکاس اين موضوع نيستند که در صورت حرکت جرم و انرژي و يا تغيير وضعيت آنها بهر شکل، اين امر چگونه بر خميدگيها و انحناء فضا تأثير ميگذارد[17]. نسبيت عام چنين پيشگوئي ميکند که همچنان که هنگام ايستادن شما روي تور آکروباسي بصورت بي‌حرکت، تور مذکور شکل منحني ثابتي را دارد، اما در صورتيکه روي آن جست و خيز کنيد، خطوط آن دچار تغييرات مکرري ميشود، فضا نيز، چنان که ماده در حالت سکون کامل باشد، شکل چين‌خورده ثابتي خواهد داشت، نظير آنچه در شکل ۱۰/۳ نشان داده شده بود، اما چنانکه ماده در جهات مختلفي حرکت داشته باشد، الياف تور مذکور دچار جابه‌جائيهائي خواهد شد. اينشتين هنگامي به اين نتيجه رسيد که در فاصله بين سالهاي ۱۹۱۶ و ۱۹۱۸ معادلات جديد نسبيت عام را بررسي ميکرد و قصد او نشان دادن اين نکته بود که، همانطور که جابجائي بارهاي الکتريکي در طول آنتن يک فرستنده باعث ايجاد امواج الکترومغناطيسي ميشود (که اين همان روشي است که در توليد امواج راديوئي و تلويزيوني در معرض استفاده قرار ميگيرد)، چنانکه ماده نيز در جهات مختلفي در حال حرکت باشد (نظير آنچه که در يک انفجار سوپرنوا روي ميدهد) موجب پيدايش امواج گرانشي خواهد شد. و از آنجا که گرانش بمعناي انحناء است، پس موج گرانشي نيز به معناي موج انحناء خواهد بود. همانطور که انداختن يک سنگدانه به درون حوض باعث ايجاد موج منتشرشونده در آب ميشود، ماده متحرک نيز موجب پيدايش ريپلهائي فضائي ميگردد که در جهات مختلفي انتشار مي‌يابند. بر اساس نسبيت عام، يک انفجار سوپرنوا در فاصله بعيد به منزله يک سنگدانه کيهاني است که درون حوضي از فضا – زمان انداخته ميشود، چنانکه در شکل ۲/۱۴ تصوير شده است. اين شکل يکي از مهمترين ويژگيهاي امواج گرانشي را منعکس ميکند، و آن اينکه، بر خلاف امواج الکترومغناطيسي، صوتي، و امواج آب، که از طريق فضا حرکت ميکنند، امواج گرانشي از درون فضا حرکت ميکنند. اين امواج در واقع اختلالاتي در هندسه خود فضا محسوب ميشوند که به نقاط ديگر منتشر ميشود.

شکل ۲/۱۴ امواج گرانشي در حکم ريپلهائي در تار و پود فضا – زمان.

ضمن اينکه امواج گرانشي اينک بمثابه يکي از پيشگوئيهاي نسبيت عام مقبوليت کامل يافته است، اما اين مسأله در طول ساليان متمادي موضوع منازعات حادي بود و يکي از دلائل اين منازعات دست کم به وابستگي بيشتر اين نظريه بر فلسفه ماخ مربوط ميشد. اگر نظريه نسبيت عام انديشه‌هاي ماخ را بطور کامل در خود جذب کرده بود، در آن صورت مفهوم «هندسه فضا» صرفاٌّ عبارت ميشد از يک واسطه زباني مناسب بمنظور بيان مکان و حرکت يک جسم سنگين نسبت به جسم سنگيني ديگر. در چنين حالتي، فضاي خالي به مفهومي ميان‌تهي تبديل ميشد، و سخن گفتن از اختلالات فضاي خالي بي‌معنا ميشد. بسياري از فيزيکدانها سعي در اثبات اين نکته کردند که گويا امواج گرانشي مفروض صرفاٌّ ناشي از نوعي سوءتعبير از معادلات نسبيت عام است. اما ديري نگذشت که همه تحليلهاي تئوريک به يک نتيجه‌گيري منجر شدند، و آن اينکه امواج گرانشي واقعيت داشته و اختلالات فضا نيز امکانپذير است. تغييرات هندسي فضا ناشي از امواج گرانشي، با عبور هر يک از رأسها و عمقهاي موج، موجب انبساط فضا – و هر چيز درون آن – در يک جهت شده و سپس موجب انقباض فضا – و هر چيز درون آن – در جهتي عمود بر جهت قبلي ميشود، چنانکه در شکل ۳/۱۴ با درجه مبالغه بالائي نشان داده شده است. علي‌الاصول ميتوان عبور يک موج گرانشي را کشف نمود، و براي اين کار لازم است که فاصله بين تعدادي از نقاط بدفعات در معرض اندازه‌گيري قرار گيرد، تا معلوم شود که نسبيت بين فواصل مذکور بصورت لحظه‌اي تغيير ميکند، يانه.

هيچ کس در عمل قادر به انجام چنين کاري نبوده است، و از اينرو هيچ کس مستقيماٌّ شاهد هيچ نوع موج گرانشي نبوده است (البته نشانه‌هاي غيرمستقيم و قانع‌کننده‌اي براي امواج گرانشي وجود دارند[18]). مشکل آنجاست که اختلال ناشي از عبور موج گرانشي بسيار ناچيز است. مثلاٌّ بمب اتمي که در ۱۶ ژوئيه سال ۱۹۴۵ در جزيره ترينيتي در معرض آزمايش قرار گرفت، داراي قدرت انفجاري معادل ۲۰ هزار تن تي‌ان‌تي بود و انفجار حاصل از آن چنان درخشان بود که نياز به استفاده از وسائل حفاظتي چشم براي جلوگيري از صدمات ناشي از امواج الکترومغناطيسي در فواصل چندين مايلي آن وجود داشت. با اين حال حتي اگر دقيقاٌّ در زير برج ۳۰ متري حامل بمب نيز ايستاده بوديم، امواج گرانشي ناشي از انفجار آن ميتوانست طول بدن ما را صرفاٌّ به اندازه جزئي از قطر يک اتم تغيير بدهد. اختلالات گرانشي تا اين درجه ضعيفند، و آشکار کردن آنها معضلات تکنولوژيکي مهمي محسوب ميشود (از آنجا که موج گرانشي در واقع در حکم تعداد عظيمي از گراويتونهاست که بنحوي هماهنگ در حال حرکتند، درست مانند امواج الکترومغناطيسي که آنها نيز از تعداد عظيمي از فوتونهاي هماهنگ شده تشکيل ميشوند، از اينجا معلوم ميشود که آشکار کردن يک گراويتون منفرد تا چه درجه‌ مشکل است).

شکل ۳/۱۴ موج گرانشي در حال عبور موجب انبساط يک جسم در اين يا آن جهت ميشود (در اين تصوير، ميزان انقباض و انبساط ناشي از موج گرانشي بصورت مبالغه آميزي نشان داده شده است).

البته ما علاقه خاصي به کشف امواج گرانشي ناشي از سلاحهاي اتمي نداريم، اما قضيه در خصوص منابع آستروفيزيکي اين امواج نيز چندان آسانتر نيست. منبع آستروفيزيکي هرچه نزديکتر و بزرگتر باشد، و نوع حرکت آن هرچه شديد و پرانرژي باشد، امواج گرانشي دريافت شده نيز قويتر خواهد بود. اما حتي اگر ستاره‌اي در فاصله ۱۰ هزار سال نوري تبديل به سوپرنوا بشود، موج گرانشي حاصله که به زمين ميرسد، قادر است تا ميله‌اي بطول يک متر را صرفا بميزان يک ميليونيم يک ميليارديم سانتيمتر در معرض کشش قرار بدهد، که تقريباٌّ معادل يک صدم اندازه هسته اتم است. از اينرو، کشف يک موج گرانشي نيازمند دستگاهي است که قادر به عکس‌العمل در برابر تغييرات طولي بسيار کوچک در حد غيرقابل تصوري باشد، مگر اينکه نوعي حادثه آستروفيزيکي بسيار نامترقبه با ابعاد بسيار فلاکت‌باري در مجاورت ما در شرف وقوع باشد.

دانشمنداني که رصدخانه امواج گرانشي مجهز به تداخل‌سنج ليزري (LIGO) را طراحي کرده و اقدام به ساخت آن نمودند (اين رصدخانه بطور مشترک توسط انيستيتو تکنولوژي کاليفرنيا و انيستيتو تکنولوژي ماساچوست اداره ميشود و بودجه آن نيز توسط سازمان علوم ملي تأمين ميگردد)، اينک با حل اين مشکل دست به گريبانند. ليگو پروژه‌اي تحسين‌انگيز بوده و حساسيت آن نيز فوق‌العاده بالاست. ساختار آن از دو لوله توخالي تشکيل ميشود، که هريک داراي ۴ کيلومتر طول و اندکي بيشتر از يک متر عرض داشته، و به شکل يک حرف عظيم المقياس L به هم متصلند. پرتوهاي ليزري که بطور همزمان از درون تونلهاي خلاء واقع در هريک از لوله‌ها عبور داده شده، و بکمک آينه‌هاي بسيار صيقلي انعکاس داده ميشود، براي اندازه‌گيري طول نسبي هر يک از دو لوله با دقتي حيرت‌انگيز در معرض استفاده قرار ميگيرد. نکته اصلي عبارت از آن است که، در صورت عبور يک موج گرانشي، طول يکي از لوله‌ها نسبت به ديگري افزايشي نسبي خواهد داشت، و اگر اين افزايش مقدار محسوسي باشد، دانشمندان قادر به ثبت و ضبط آن خواهند شد.

طول لوله‌ها بسيار زياد انتخاب شده است، زيرا انبساط و انقباض آن در اثر عبور امواج گرانشي حالت انباشت‌پذيري دارد. اگر يک موج گرانشي بتواند جسمي به طول ۴ متر را مثلاٌّ بميزان

10-20

متر منبسط نمايد، در آن صورت همين موج قادر است تا جسمي به طول ۴ کيلومتر را ۱۰۰۰ مرتبه بيشتر، يعني بميزان

10-17 

متر منبسط نمايد. از اينرو طول جسم هرچه بيشتر باشد، کشف و ثبت تغييرات آن آسانتر است. در واقع، آزمايشگران ليگو براي افزايش حساسيت دستگاه، پرتوهاي ليزري را وادار ميکنند تا بيش از ۱۰۰ بار بين آينه‌هاي موجود در ابتدا و انتهاي هريک از لوله‌ها منعکس شوند، تا بدينوسيله طول مسير طي شده توسط هريک از پرتوها به حدود ۸۰۰ کيلومتر برسد. آزمايشگاه ليگو ببرکت اين ترفندها و تکنيکهاي مهندسي هوشمندانه قادر خواهد بود تا تغيير طولي در حد يک تريليونيم ضخامت موي انسان، يعني يکصدم يک ميليونيم اندازه اتم در هريک از لوله‌ها را کشف و ثبت نمايد.

البته يادآوري کنم که تعداد سازه‌هاي L شکل در آزمايشگاه مذکور دوتاست. يکي از آنها در شهر ليوينگ‌استون در ايالت لوئيزيانا، و ديگري در فاصله ۲۰۰۰ مايلي در شهر هانفورد در ايالت واشينگتون قرار دارد. اگر يک موج گرانشي ناشي از يک حادثه عظيم آستروفيزيکي از مجاورت زمين عبور نمايد، بايد بتواند روي هريک از دو سازه مذکور تأثير يکساني داشته باشد، يعني موجي که در يکي از سازه‌ها ثبت ميشود، بايد در سازه ديگر نيز ثبت بشود. اين مکانيزم اطمينان‌بخش مهمي است، زيرا عليرغم تمام اقدامات احتياطي لازم بمنظور حفاظت دستگاه در برابر نويز، ممکن است اختلالات ناشي از زندگي روزمره مانند سر و صداي يک کاميون در حال عبور يا اختلالات ناشي از کار يک اره برقي، يا تأثير ناشي از سقوط يک درخت و غيره بجاي امواج گرانشي ثبت شوند. وجود دو سازه جدا از هم و ضرورت تطابق بين يافته‌هاي آن دو موجب حذف تأثير اين نوع اختلالات ميگردد.

پژوهشگران همچنين فرکانس امواج گرانشي – تعداد رأسها و عمقهائي که در هر ثانيه بر دتکتور تأثير ميگذارد - را به دقت محاسبه کرده‌اند. اين فرکانسها، فرکانسهائي هستند که انتظار ميرود در اثر پديده‌هاي آستروفيزيکي معيني مانند انفجارهاي سوپرنوا، حرکت دوراني ستاره‌هاي نوتروني غيرکروي، و برخورد بين حفره‌هاي سياه توليد شوند. اگر پژوهشگران اين اطلاعات را در اختيار نداشته باشند، کارشان بمنزله آنست که در انبار کاه به دنبال يک سوزن بگردند، اما با داشتن اين اطلاعات، ميتوانند دتکتورهاي خود را طوري تنظيم کنند که حساسيت بيشتري روي فرکانسهاي اختصاصي داشته باشند. با کمال تعجب، محاسبات نشان ميدهند که فرکانس بعضي از امواج گرانشي ممکن است صرفاٌّ در حد چند هزار سيکل در ثانيه باشد، و اين بدان معناست که اگر به جاي امواج گرانشي، با امواج صوتي در همين فرکانسها سر و کار داشتيم، براي گوش انسان براحتي قابل شنيدن بود. مثلاٌّ صداي حاصل از ترکيب دو ستاره نوتروني شبيه نوعي جير- جير خواهد بود که طنين آن به سرعت رو به افزايش است، و در عين حال، برخورد دو حفره سياه صدائي را توليد ميکند شبيه به ناله پرستو هنگامي که ضربه‌اي بر سينه آن وارد ميشود. بطور کلي امواج گرانشي در تار و پود فضا – زمان اصواتي شبيه به اصوات جنگل را توليد ميکنند، و اگر همه چيز به خوبي پيش برود، آزمايشگاه ليگو قادر خواهد بود تا اين اصوات را کشف و ضبط نمايد[19].

مطلبي که بسيار حائز اهميت است، عبارت از آنست که امواج گرانشي کاربرد دو ويژگي مهم گرانش را تا حداکثر ممکن برجسته ميکنند. اين دو ويژگي عبارتند از ضعيف بودن دامنه آن و حضور آن در همه مکانها. گرانش، بعنوان يکي از چهار نيروي طبيعت، با ماده به ضعيفترين طرز ممکن تعامل ميکند. اين بدان معناست که امواج گرانشي قادر به عبور از موادي هستند که براي نور عادي کدر محسوب ميشوند، و از اين طريق امکاناتي براي دسترسي به حوزه‌هاي آستروفيزيکي پيدا ميکنيم که پيش از اين واضح نبود. از سوي ديگر، از آنجا که همه چيز تحت تأثير جاذبه قرار دارد (مثلاٌّ در مقايسه با نيروي الکترومغناطيسي که صرفاٌّ بر اجسام باردار تأثير ميکند)، پس همه چيز قادر به توليد امواج گرانشي بوده و قادر است ردپاي قابل مشاهده‌اي را از خود بجاي بگذارد. از اينرو پروژه ليگو بمنزله نقطه عطف مهمي در طرز نگرش ما به کائنات محسوب ميشود.

زماني بود که تنها کاري که از دست ما برمي‌آمد، عبارت از آن بود که چشمهاي خود را به طرف آسمان خيره کنيم. در قرن ۱۷، هانس ليپرشي[20] و گاليلئو گاليله اين موضع را بکمک تلسکوپ تغيير دادند و پهنه وسيع کائنات در معرض ديد انسان قرار گرفت. اما ديري نگذشت تا متوجه شويم که نور مرئي طيف بسيار باريکي از امواج الکترومغناطيسي را تشکيل ميدهد. در قرن بيستم، بکمک تلسکوپهاي مادون قرمز، تلسکوپهاي راديوئي، تلسکوپهاي اشعه ايکس و تلسکوپهاي اشعه گاما، پهنه کائنات به نحو چشمگيرتري در برابر ديدگان انسان قرار گرفت، و جلوه‌هاي اعجاب‌انگيزي از آن آشکار گرديد که براي چشمان ما که عادت به مشاهده جهان بکمک نور مرئي دارند، ناآشنا بود. اينک در قرن بيست و يکم، کائنات را از منظر متفاوت ديگري مشاهده ميکنيم. بکمک آزمايشگاه ليگو و اصلاحاتي که قرار است در آن ايجاد شود[21]، قادر به مشاهده کائنات به نحو کاملاٌّ بي‌سابقه‌اي خواهيم بود. اينک به جاي استفاده از امواج الکترومغناطيسي، امواج گرانشي را در معرض استفاده قرار خواهيم داد، و به جاي استفاده از نيروي الکترومغناطيسي، از نيروي گرانشي بهره‌مند خواهيم شد.

بمنظور ارزيابي اهميت اين تکنولوژي جديد، دنيائي را تجسم کنيد که در آنجا، دانشمندان غير زميني هم اکنون در حال کشف نحوه آشکارسازي امواج الکترومغناطيسي يعني نور هستند، و تصور کنيد که آنها چه نگرشي نسبت به کائنات دارند، و اين نگرش بزودي چگونه دچار تحول بنياديني خواهد شد. ما نيز در سرآغاز کشف امواج گرانشي هستيم و ممکن است موقعيتي مشابه موقعيت دانشمندان غيرزميني مذکور را داشته باشيم. هزاران سال است که به کائنات مينگريم، اما اينک به نظر ميرسد که براي نخستين بار در تاريخ بشريت، ميتوانيم به آن گوش فرا بدهيم.


جستجوي ابعاد اضافي
قبل از سال ۱۹۹۶، بيشتر مدلهاي تئوريک که از ابعاد اضافي سخن ميگفتند، مبتني بر اين فرض بودند که گستره فضائي ابعاد مذکور تقريباٌّ در حد مقياس پلانک يا

 10-33

سانتيمتر است. از آنجا که اين مقياس از قدرت تفکيک و تشخيص پيشرفته‌ترين تجهيزات امروزي بميزاني در حد

1017 

بار کوچکتر است، از اينرو بدون دسترسي به يک تکنولوژي شگفت‌انگيز، قادر به آشنائي عملي با پديده‌هاي فيزيکي در مقياس پلانک نخواهيم بود. اما اگر ابعاد اضافي مذکور مقياس «بزرگتر»ي داشته باشند، يعني بزرگتر از يک صدم يک ميليارديم يک ميليارديم متر يا

10-20 

متر باشند، که تقريباٌّ معادل يک ميليونيم اندازه هسته اتم است، در آن صورت اميدهائي وجود دارد.

همانطور که در فصل ۱۳ بحث کرديم، در صورتيکه هريک از ابعاد اضافي اندازه «بسيار بزرگ»ي – در حد چند ميليمتر تا چند صد هزار ميليمتر - داشته باشد، در آن صورت اندازه‌گيري دقيق شدت جاذبه ميتواند موجوديت آن را اثبات نمايد. در طول چند سال گذشته، آزمايشهائي در اين راستا در حال اجراء بوده است، و تکنيکهاي آزمايشي نيز بسرعت در حال ارتقاء است. اما تاکنون هيچگونه انحرافي از قانون عکس مجذورها که مشخصه فضاي سه بعدي است، مشاهده نشده است، و از اينرو پژوهشگران ميکوشند تا اين آزمايشها را در مقياسهاي طولي کوچکتري انجام بدهند. همين قدر ميدانيم که اگر نشانه مثبتي در اين زمينه يافته شود، دنياي فيزيک متحول خواهد شد. چنين نشانه‌هائي دلالت واضحي بر ابعاد اضافي خواهند داشت که صرفاٌّ در حوزه گرانش قابل دسترسي‌اند، و از اينرو ميتوانند مهر تأييد محکمي بر سناريوي جهان غشائي مطرح شده در نظريه تلفيقي تارهاي مرتعش و ام- تئوري بزنند.

اگر ابعاد اضافي بزرگ بوده اما بسيار بزرگ نباشند، در آن صورت اندازه‌گيريهاي دقيق گرانشي احتمالاٌّ قادر به آشکارسازي آنها نخواهند بود، اما هنوز هم روشهاي غيرمستقيمي براي تحقيق در موجوديت آنها وجود دارند. به عنوان مثال، پيش از اين گفتيم که اندازه بزرگ ابعاد اضافي بدان معناست که شدت ذاتي نيروي گرانش بيشتر از آنست که قبلاٌّ تصور ميشد. درجه ضعيف نيروي جاذبه که در آزمايشهاي عملي مشهود است، به جاي اينکه حکايت از ضعيف بودن ذاتي نيروي گرانشي باشد، ممکن است به خاطر نشت آن به ابعاد اضافي باشد، از اينرو نيروي جاذبه در  مقياسهاي طولي کوچک، يعني قبل از آنکه چنين نشتي روي بدهد، ممکن است از شدت بالائي برخوردار باشد. اين مسأله نتايج چندي دارد، از جمله اينکه، ممکن است توليد حفره‌هاي سياه ريز با جرم و انرژي بسيار کمتري امکان پذير باشد، بسيار کمتر، در مقايسه با جهاني که نيروي گرانشي آن ذاتاٌّ بسيار ضعيف است. در فصل ۱۳ در اين باره بحث کرديم که اين نوع حفره‌هاي سياه ميکروسکوپي ممکن است بتوانند در اثر برخورد پروتونهاي پرانرژي با همديگر در برخورد دهنده بزرگ هادرون توليد شوند، برخورد دهنده‌اي که اينک در شهر ژنو در سوئيس در شرف ساخت بوده و تا سال ۲۰۰۷ به مرحله تکميل خواهد رسيد[22]. اين پروژه، پروژه حيرت‌انگيزي است. اما امکان شگفت‌انگيز ديگري نيز توسط آلفرد شاپر[23] از دانشگاه کنتاکي و جوناتان فِنگ[24] از دانشگاه کاليفرنيا در ايروين مطرح شده است. اين پژوهشگران متوجه شدند که پرتوهاي کيهاني – ذرات بنياديني که ضمن عبور پيوسته از فضا، همواره با جو زمين برخورد ميکنند – نيز ممکن است توليد حفره‌هاي سياه ميکروسکوپي را موجب شوند.

ذرات پرتو کيهاني در سال ۱۹۱۲ توسط دانشمند اتريشي ويکتور هس[25] کشف شد، و اينک بعد از گذشت بيش از ۹۰ سال، هنوز رازهاي ناگشوده بسياري را در بر دارد. پرتوهاي کيهاني ثانيه به ثانيه با جو زمين برخورد کرده، موجب پيدايش ميلياردها ذره ميشوند که به طرف پائين جريان يافته و از بدن همه ما عبور ميکنند. تعدادي از آنها بکمک انواعي از دستگاه سنجش اختصاصي در سراسر جهان آشکار سازي ميشوند، اما هيچکس آگاهي موثقي از اين مسأله ندارد که اين پرتوهاي کيهاني بي‌وقفه از چه ذراتي تشکيل ميشوند (هرچند اتفاق نظر روز افزوني وجود دارد، مبني بر اينکه آنها از پروتونها تشکيل ميشوند) و عليرغم اين واقعيت که برخي از اين ذرات پرانرژي ممکن است حاصل انفجارات سوپرنوا باشند، اما هيچکس نميداند که پرانرژي‌ترين ذرات پرتو کيهاني دقيقاٌّ از کجا سرچشمه ميگيرند. مثلاٌّ در ۱۵ اکتبر سال ۱۹۹۱، آشکار کننده پرتوهاي کيهاني مستقر در صحراي يوتا، موسوم به «دتکتور نوع چشم مگس»، ذره متحرکي در آسمان را اندازه‌گيري کرد که انرژي آن معادل ۳۰ ميليارد برابر جرم پروتون بود. اين مقدار انرژي منسوب به يک ذره مادون اتمي تقريباٌّ معادل انرژي توپ فستبال ماريانو ريورا[26] و تقريباٌّ معادل ۱۰۰ ميليون برابر انرژي ذراتي است که در شتاب‌دهنده بزرگ هادرون توليد خواهند شد[27]. نکته گيج‌کننده عبارت از آن است که هيچگونه فرآيند آستروفيزيکي شناخته شده‌اي قادر به ايجاد ذراتي با اين سطح انرژي نيستند، و پژوهشگران دست ‌اندر کار گردآوري اطلاعات بيشتر بکمک دتکتورهاي ظريفتري به منظور حل اين معما ميباشند.

از ديد شاپر و فنگ، منشأ ذرات پرتو کيهاني با سطح انرژي فوق‌العاده‌شان مسأله‌اي از درجه دوم بود. آنها مشاهده کردند که منشأ چنين ذراتي هر چه باشد، اگر شدت نيروي جاذبه در مقياسهاي ميکروسکوپي بسيار بالاتر از آن باشد که قبلاٌّ تصور ميشد، در آن صورت ذرات پرتو کيهاني با سطح انرژي فوق‌العاده‌شان، هنگام برخورد شديد با لايه‌هاي بالائي جو زمين، از ظرفيت کافي براي توليد حفره‌هاي سياه از نوع ميکروسکوپي برخوردار خواهند بود.

اين نوع حفره‌هاي سياه ريز، اعم از اينکه در متلاشي‌کننده‌هاي اتمي يا با هر روش ديگري توليد شوند، مطلقاٌّ هيچگونه خطري براي پژوهشگران و يا مردم عادي ندارند. اين حفره‌ها بمحض تشکيل، بسرعت متلاشي شده، سلسله‌اي از ذرات عادي ديگري را به اطراف ميپراکنند. در واقع، حفره‌هاي سياه ميکروسکوپي عمر چنان کوتاهي دارند که پژوهشگران علاقه‌اي به جستجوي مستقيم آنها ندارند، و به جاي آن ترجيح ميدهند که نشانه‌هاي غيرمستقيم آنها را از طريق مطالعه گسترده باراني از ذرات اوليه‌اي که با دتکتورها برخورد ميکنند، بيابند. حساسترين دتکتور پرتوهاي کيهاني در جهان، موسوم به رصدخانه پير اوژه[28]  با وسعت ديدي به اندازه مجمع‌الجزاير رود آيلند، اينک در زمين وسيعي در غرب آرژانتين در شرف ساخته شدن است. شاپر و فنگ تخمين ميزنند که اگر همه ابعاد اضافي حداقل به بزرگی

10-14 

متر باشند، در آن صورت دتکتور اوژه قادر خواهد بود تا بعد از جمع‌آوري اطلاعات به مدت يک سال، ذره اختصاصي بازمانده از حدود ۱۰ حفره سياه ريز را که در لايه‌هاي بالاي جو توليد ميشوند، آشکار کند. اگر چنين ردپائي از حفره سياه پيدا نشود، پژوهشگران به اين نتيجه خواهند رسيد که ابعاد اضافي از اين هم کوچکترند. پيدا کردن بازمانده‌هاي حفره سياه ناشي از برخورد پرتوهاي کيهاني، بدون ترديد، کار مهمي است، اما چنين موفقيتي ضمناٌّ ميتواند نخستين پنجره عملي را به سوي ابعاد اضافي، حفره‌هاي سياه، نظريه تارهاي مرتعش و گرانش کوانتمي بگشايد.

در طول ۱۰ سال آينده، غير از توليد حفره سياه، راه ديگري نيز وجود دارد، مبتني بر تکنولوژي شتاب‌دهنده‌ها، که اين امکان را فراهم ميسازد که ابعاد اضافي را در معرض شناسائي قرار بدهيم. ايده اين کار با همه پيچيدگيش بر مفهومي استوار است، موسوم به «فضاي بين بالشها» براي توضيح اين که، چرا سکه‌هاي پول خرد از جيب شما ناپديد شده‌اند.

يکي از محوري‌ترين اصول فيزيک عبارت از اصل بقاي انرژي است. انرژي به اشکال متعددي تجلي ميکند، مانند انرژي سينتيک يک توپ متحرک بيس‌بال، انرژي پتانسيل گرانشي همين توپ هنگامي که به ارتفاع ميرود، انرژي صوتي و حرارتي حاصل از برخورد توپ مذکور با زمين و توليد انواع حرکات ارتعاشي، انرژي جرم که در درون جسم خود توپ مستتر است و الي آخر، اما بعد از اينکه همه ناقلين انرژي را به حساب آورديم، مقدار انرژي در پايان کار بايد با مقدار آن در ابتداي کار برابر باشد[29]. اين قانون دقيق انرژي تاکنون از طريق هيچ آزمايشي نقض نشده است.

اما بسته به اندازه دقيق ابعاد اضافي فرضي، آزمايشهائي که قرار است در آزمايشگاه‌هاي جديد فرمي‌لب و شتاب‌دهنده بزرگ هادرون در سطوح انرژي بالا صورت بگيرد، ممکن است پرده از فرآيندي بردارد که ظاهراٌّ اصل بقاي انرژي را نقض ميکند، به اين ترتيب که، مقدار انرژي در پايان يک فعل و انفعال برخورد ممکن است کمتر از مقدار آن در ابتداي کار باشد. علت عبارت از آنست که انرژي نقل شده توسط گراويتونها ممکن است از طريق خلل و فرج ريزي به ابعاد اضافي نشت کند، و اين مقدار انرژي ممکن است در محاسبه بيلان انرژي از قلم افتاده باشد، که اين کار شبيه به سکه‌هاي پول خردي است که از جيب شما ناپديد ميشوند. امکان کشف يک چنين «نشانه غيبت انرژي» دليل ديگري بر تأييد اين مدعا خواهد بود که تار و پود کائنات ساختاري بسيار پيچيده‌تر از آن دارند که مستقيماٌّ براي ما قابل مشاهده باشد.

البته من در خصوص ابعاد اضافي بي‌طرف نيستم. من بيش از ۱۵ سال روي جنبه‌هاي گوناگون اين موضوع کار کرده‌ام، لذا اين موضوع جايگاه ويژه‌اي در قلب و احساس من دارد، اما حتي اگر اين اعتراف را نشانه نوعي تعصب نيز بدانيم، تصور کشفي هيجان‌ انگيزتر از کشف نشانه‌هاي ابعادي فراتر از ابعاد سه گانه مأنوس ما براي من بسيار سخت است. در حال حاضر، از ديد من، هيچ نظريه جدي ديگري غير از نظريه ابعاد اضافي نميتواند ارکان فيزيک را چنان متزلزل کند که مجبور باشيم حتي ويژگيهاي ظاهراٌّ بديهي واقعيت را نيز زير علامت سؤال ببريم.

 

[1]  - Carl Friedrich Gauss
[2]  - János Bolyai
[3]  - Nikolai Lobachevsky
[4]  - Georg Bernhard Riemann
[5]  - Joseph Lense
[6]  - Hans Thirring
[7]  - Frame dragging
[8]  - Dieter Brill
[9]  - Jeffrey Cohen
[10]  - Herbert Pfister
[11]  - K. Braun
[12] - مراجعه کنيد به مقاله آلبرت اينشتين در «فصلنامه پزشکي قانوني و بهداشت همگاني» (1912). همچنين مقاله د. بريل و ج. کوهن در نشريه «فيزيکز ريويو»، جلد 143، شماره 4، (1966) و مقاله ه. پفيستر و ک. برائون تحت عنوان «گرانش کلاسيک کوانتومي» (1985)
[13]  - Leonard Schiff
[14]  - George Pugh
[15]  - Francis Everitt
[16] - در طول چهار دهه‌اي که از پيشنهاد اوليه شيف و پيو ميگذرد، آزمايشهاي ديگري در رابطه با فريم درگينگ صورت گرفته‌اند. در اين آزمايشها، حرکت ماه وماهواره‌هائي که دور زمين ميچرخند، در معرض مطالعه قرار گرفته و نشانه‌هاي نيرومندي دال بر وجود فريم درگينگ آشکار شده‌اند (از جمله کساني که اين نوع آزمايشها را صورت داده‌اند، ميتوان به برونو برتوتي، اينياسيو جيوفوليني، پيتر بِندِر و شاپيرو، ريزنبرگ، کاندلر و بابکوک نام برد). اما امتياز ماهواره پژوهش گرانشي B در آن است که اين آزمايشگاه مجهزترين آزمايشگاه از نوع خود بوده و همه چيز در آن، بطور کامل تحت کنترل آزمايشگران ميباشد و از اينرو، ممکن است بتواند دقيق‌ترين نشانه‌ها در خصوص پديده فريم درگينگ را آشکار نمايد.
[17]  - با آن که اين نوع تصاوير ميتوانند احساسي اوليه در خصوص کشف اينشتين را القا کنند، اما محدوديت ديگر اين نوع تصاوير که انحناء فضا را نشان ميدهند، عبارت از آن است که در باره انحناء زمان چيزي نميگويند. اين مسأله بسيار مهم است، زيرا بر اساس نظريه نسبيت عام، برخلاف اجسام غير عادي مانند حفره سياه، انحناء زمان در خصوص اجسام عادي مانند خورشيد بسيار محسوس‌تر از انحناء فضاست (هرچه به خورشيد نزديکتر باشيم، ساعتهاي ما با ضرب‌آهنگهاي کندتري کار ميکنند). نمايش چين خوردگي زمان بصورت تصويري کار مشکل‌تري است و ضمنا نشان دادن اين موضوع که چين‌خوردگي زمان چگونه موجب انحناء مسيرهاي فضائي ميشود (نظير آنچه در خصوص مسير گردش بيضي‌گونه زمين حول خورشيد روي ميدهد)، نيز به صورت تصويري بسيار مشکل است. از اينرو شکل 10/3 (و هر شکل ديگري که من در خصوص نسبيت عام ديده‌ام)، منحصرا به نمايش چين‌خوردگي فضا اختصاص دارد. اما فراموش نکنيم که در خصوص بسياري از پديده‌هاي استروفيزيکي، عامل چين‌خوردگي زمان بسيار مهمتر از چين خوردگي فضاست.
[18] - در سال 1974 راسل هالز و جوزف تيلور يک جفت ستاره تپنده (پولسار) را کشف کردند که حول همديگر در چرخش بودند (پولسارها ستارگان نوتروني با سرعت چرخش بسيار بالا هستند). از آنجا که پولسارها حرکتي سريع داشته و به همديگر خيلي نزديکند، نظريه نسبيت عام اينشتين پيش بيني ميکند که اين ستاره‌ها قادر به ايجاد تشعشعات گرانشي قابل ملاحظه‌اي باشند. هرچند آشکارسازي اين نوع تشعشع کار مشکلي است، اما نسبيت عام حاکي از آن است که اين تشعشع بايد با روشهاي غير مستقيم قابل شناسائي باشد. انرژي خارج شده از اين ستارگان در اثر تشعشعات مذکور بايد موجب بشود که دوره گردش تناوبي آنها بمرور زمان کوتاه‌تر شود. از زماني که پولسارها کشف شدند، بدفعات در معرض رصد قرار گرفته‌اند و کاهش دوره تناوبي آنها نيز حقيقتا مشاهده شده است که تقريبا با دقت يک جزء در هزار جزء با نظريه نسبيت عام مطابقت دارد. به اين ترتيب، حتي اگر موفق به مشاهده مستقيم تشعشعات گرانشي نباشيم، اين پديده مشخصا دلالت بر وجود آن دارد. هالز و تيلور در سال 1993 جايزه نوبل فيزيک را بخاطر کشف اين نوع ستارگان به خود اختصاص دادند.
[19] - به پاورقي قبلي مراجعه شود.
[20]  - Hans Lippershey
[21] - يکي از اصلاحات مذکور عبارت از افزودن آنتن فضائي مجهز به تداخل سنج ليزري (LISA) است که در برنامه قرار دارد. تغيير ديگر عبارت است از ايجاد پروژه‌اي مشابه پروژه ليگو در فضا، متشکل از چندين سفينه فضائي، که ميليونها کيلومتر از همديگر فاصله دارند، و هريک از آنها نقش يکي از لوله‌هاي 4 کيلومتري ليگو را بر عهده دارد. در ضمن پروژه ليگو با پروژه ويرگو شروع به همکاري خواهد نمود، که پروژه اخير نوعي آشکارساز امواج گرانشي است که مشترکاٌّ از طرف فرانسه به ايتاليا اداره ميشود و در خارج از شهر پيزا قرار دارد.
[22] - لازم به توضيح است که شتاب‌دهنده مذکور اينک چندين سال است که به بهره‌پيکاني رسيده و خدمات بزرگي به عالم علم ارائه داده است که از آن جمله ميتوان از کشف ذره‌اي نام برد که بعد از تعيين دقيق هويت آن ممکن است همان ذره مفروض هيگز باشد. - مترجم
[23]  - Alfred Shapere
[24]  - Jonathan Feng
[25]  - Victor Hess
[26]  - Mariano Rivera بازيکن معروف بيس‌بال از کشور پاناما که داراي چندين رکورد جهاني است
[27] - پرتوهاي کيهاني از نقطه نظر انرژي، نوعي شتاب‌دهنده طبيعي محسوب ميشوند که قدرت آنها بمراتب بيشتر از قدرت شتاب‌دهنده‌هائي است که ساخته‌ايم و يا در آينده قابل پيش‌بيني خواهيم ساخت. نارسائي آنها آنجاست که هرچند ذرات موجود در پرتوهاي کيهاني از انرژي بسيار بالائي برخوردارند، اما هيچگونه نظارتي بر برخورد آنها نداريم. بعبارت ديگر، ما فقط ميتوانيم نظاره‌گر آنها باشيم. از سوي ديگر تعداد ذرات پرتوهاي کيهاني با انرژي معين، در انرژيهاي بالاتر بسرعت کاهش مي‌يابد. مثلا در هر ثانيه، تقريبا 10 ميليارد ذره پرتوهاي کيهاني با انرژي معادل جرم پروتون (تقريبا يک هزارم ظرفيت طراحي شده در شتاب دهنده هادرون) با هر کيلومتر مربع از سطح زمين برخورد ميکنند (و تعداد قابل ملاحظه‌اي نيز در هر ثانيه از بدن من و شما عبور ميکنند)، اما پر انرژي‌ترين اين ذرات با انرژي معادل 100 ميليارد برابر جرم پروتون، صرفا بميزان يک ذره در هر قرن با هر کيلومتر مربع از سطح زمين برخورد ميکنند. کاري که شتاب‌دهنده‌ها ميکنند، عبارت از آن است که ذرات را وادار ميکنند تا ضمن کسب سرعت بسيار بالا در جهات مختلف، با همديگر برخورد بکنند که به اين ترتيب، کانون قدرتمندي از انرژي مترادف با جرم تشکيل ميشود. اما ذرات پرتو کيهاني با ذرات آهسته‌اي که در جو حرکت ميکنند، برخورد مينمايند. اين محدوديتها وجود دارند، اما مانع عمده‌اي محسوب نميشوند. آزمايشگران در طول چند دهه گذشته اطلاعات گسترده‌اي را در خصوص ذرات پرتو کيهاني با سطح انرژي پائين فراهم آورده‌اند و البته براي جبران اين مسأله که  برخورد اين نوع ذرات در سطح انرژي بالاتر ندرتا روي ميدهد، آرايه‌هاي عظيمي از دتکتورها را طراحي کرده‌اند تا بدينوسيله بتوانند تعداد هر چه بيشتري از ذرات را در معرض مشاهده قرار بدهند.
[28]  - Pierre Auger Observatory
[29] - يکي از هيجان انگيزترين و فعال‌ترين رشته‌هاي پژوهشي که از پديده ارتباط لامکاني کوانتمي و همچنين تکنولوژي جابه‌جائي فضائي کوانتمي (تله‌پورتينگ) بهره ميگيرد، عبارت از کامپيوترهاي کوانتمي است. براي آشنائي با اطلاعات جديد و عامه‌فهم در خصوص کامپيوترهاي کوانتمي مراجعه کنيد به، توم زيگفريد: بيت و پاندول (انتشارات جان ويلي، نيويورک 2000) و جورج جانسون: مسير کوتاه از درون زمان (انتشارات کنوپف، نيويورک 2003).