“Aether and relativity”

የመጨረሻ ክፍል፦ “Quantum field theory”

በመላው የሰው ልጅ ታሪክ ውስጥ፣ ብርሃን ምንድን ነው የሚለው ጥያቄ ለረጅም ዘመናት እንቆቅልሽ የነበረ ነው። ዛሬም ድረስ፣ ምንም እንኳ ሳይንሱ ማቴሪያሊስት በሆነ መልኩ ብርሃንን define ማድረግ ችያለሁ ቢለንም ብርሃንን በደምብ ገልጾታል ለማለት ያዳግታል።

ዘመናዊ ሳይንስ ለብርሃን የሰጠው definition የተጀመረው ከአስራ ሰባተኛው ክፍለ ዘመን ወዲህ ነው። በጊዜው ብርሃን በተለያዩ medium ውስጥ የሚተላለፍ ሞገድ ነው ተብሎ ይታሰብ ነበር። በኋላ ላይ እነ ፋራዳይ እና ማክስዌል ብርሃን ኤሌክትሮማግኔቲክ ባሕርያት አሉት የሚለውን ሀሳብ በቲዮሪም፣ በኤክስፐርመንትም፣ በፎርሙላም አረጋገጡት።

ሙከራውን የሠራው ፋራዳይ ሲሆን ብርሃን እንዴት ከምንጩ ተነስቶ የተለያዩ አካላት ላይ ያልፋል የሚለውን ለማብራራትም የራሱ ቲዮሪ ነበረው። ይህንንም "field lines" ብሎ ጠርቶት ነበር። ይህም ጽንሰ ሀሳብ ከተወሰነ ለውጥ ጋር ዛሬም ድረስ ስራ ላይ ውሏል።

እንደ ፋራዳይ አገላለጽ፣ ከአንድ የብርሃኔ ምንጭ ከሆነ አካል ተነስቶ በሁሉም አቅጣጫ የተዘረጉ መስመሮች አሉ። እነዚህም field lines ይባላሉ። እናም ብርሃን ማለት በነዚህ field lines ላይ የሚፈጠር vibration ነው ብሎ ያስብ ነበር። ነገር ግን የርሱ ቲዮሪ አሁን ካሉት የሚለየው፣ fieldአለ መኖሩን የምናውቀው አንድ test particle ስናስቀምጥ ያ ፊልድ ፓርቲክሉ ላይ የሚያመጣውን ተጽዕኖ በመመልከት ነው የሚል ነው።

ይህ ታዲያ ብርሃንም ሆነ ሌሎች ኤሌክትሮማግኔቲክ ሃይሎች ሞገድ ወይም wave ናቸው ተብሎ በሚታሰብበት ወቅት የነበር ነው። በኋላ ላይ ኳንተም ፊዚክስ ሲመሠረት ብርሃን ፓርቲክል ነው መባል ሲጀመር ይህ ቲዮሪም አብሮ ተቀየረ።

በአዲሱ ቲዮሪ መሠረትም ብርሃን በኤሌክትሪክ ወይም በማግኔቲክ ፊልድ ውስጥ የሚንቀሳቀሱ ፓርቲክሎች (photons) ስብስብ ነው ተብሏል። ይህ ብቻ ሳይሆን በሁለት አካላት ወይም ፓርቲክሎች መካከል ኤሌክትሪክ ወይም ማግኔቲክ force አለ የምንለው በሁለቱ መካከል የphoton ልውውጥ ሲኖር ነው።

እናም አንዱ ፓርቲክል ለተወሰነ ጊዜ የ conservation of energy ህግን በመጣስ አንድ photon ይፈጥራል። ከዚያም ይህችን ፎቶን የelectric ወይም magnetic field lineን ተከትሎ ወደ ሁለተኛው ፓርቲክል ይልካታል። ይህች ፎቶንም ወደ ሁለተኛው ፓርቲክልን ትመታዋለች። ከዚያ ሁለተኛው ፓርቲክል በመጣለት ፓርቲክል መሠረት respond ያደርጋል። ላኪውን ፓርቲክል ወይ ይቀርበዋል፣ አልያም ይርቀዋል።

ይህ ነገር ቀልድ ወይም ተረት ሊመስል ይችላል። ነገር ግን በአሁን ወቅት በፊዚክሱ ዓለም ትልቅ ቦታ የሚሰጠው ቲዎሪ ነው። ስሙም Quantum field theory ይባላል። በኳንተም ፊዚክስና special relativity ላይ የተመሠረተ ነው። ከሪሌቲቪቲ ጋር ግንኙነት ያለው ሪሌቲቪቲ aether አያስፈልግም ስላለ ነው። ምክንያቱም እነዚህ ፓርቲክሎች መሃል ያለው non-contact force በምን መልኩ ይካሄዳል ሲባል ቀድሞ መልሱ በመሃከላቸው ያለው aether ነበር።

አሁን ግን aether የለም ተባለ። ስለዚህ space ባዶ ነው ማለት ነው። ስፔስ ባዶ ከሆነ ታዲያ ሁለት ፓርቲክሎች መሃል እንዴት ነው ግንኙነት የሚኖረው? ኤሌክትሮን ከርቀት ያለችን ፕሮቶን ለምን ይስባል? ፕሮቶን ከፕሮቶን ለምን ይገፋፋል? ሳይነካኩ መሳሳብ፣ ሳይነካኩ መገፋፋት፣ በመሃላቸው የሆነ physical አካል ከሌለ እንዴት ይቻላል?

ቀድሞ ለዚህ ጥያቄ መልሱ በመሃላቸው ኤተር የሚባል አካል አለ የሚለው ነበር። እነ አንስታይን ግን ኤተር የለም አሉ። ግን ደግሞ ባዶ እስፔስ ላይ ፓርቲክሎችም ሆኑ ማንኛውም ቁስ አካል interact ማድረግ አይችልም። ስለዚህ የaetherን ቦታ የሚተካ ሲፈለግ quantum field ተፈጠረ።

በመሠረቱ quatum field እና aether አንድ ናቸው። ልዩነታቸው aether ፓርቲክል አያስፈልገውም። ሁለት አካላት መሃል ያለው ቁርኝት በመሃላቸው ያለው ኤተር ላይ ሞገድ በማስነሳት፣ ከአንደኛው አካል ወደ ሌላኛው አካል ኢነርጂን ይልካል። ይህን ኢነርጂ ደግሞ ኤተሩ በውስጡ በመያዝ ወደ ቀጣዩ አካል ያስተላልፈዋል። ልክ አንድ ሰው ድምጽ ሲያወጣ በአከባቢው ያለውን አየር ንዝረት ይፈጥርበታል። ይህም ንዝረት ኢነርጂ ነው። ይህን ኢነርጂም አየሩ ተሸክሞ ወደ ሰሚው ሰው ጆሮ ይወስደዋል። ንዝረቱም የጆሮውን ታንቡር ሲመታ ታንቡሩ ላይ የድምጹ ኢነርጂ ያርፍበታል። በዚህም ድምጹን ሰማ፣ ሞገዱም ተላለፈ ማለት ነው። ብርሃንም እንግዲህ በዚሁ መልኩ የሚተላለፍ ነው።

በ Quantum field theory ግን ይህ የለም። አዲስ ፓርቲክሎችን በየጊዜው መፍጠር ይቻላል። ፓርቲክሉም የሚፈጠረው የ energy conservation ህግን በመጣስ ሲሆን የሚፈጠረው ፓርቲክልም ምናባዊ ፓርቲክል (virtual particle) ነው፣ የሚኖረውም ለተወሰነ ጊዜ ነው። ያ ጊዜው ሲያልቅም ከመኖር ወደ አለመኖር ይለወጣል። በዚህ ጊዜ ውስጥ ፓርቲክሉ የሚሄደው ርቀትም ያ force የሚሄድበት ርቀት (range) ነው። ለምሳሌ አንድ ብረትን ወደ ማግኔት ስናስጠጋ ማግኔቱ ወደ ብረቱ virtual ፎቶንስ ፈጥሮ እየላከ ነው እንደዚህ ቲዎሪ አነጋገር።

ይህ ታዲያ በዘመናችን ፊዚክስ የደረሰበት የመጨረሻው ጥግ ነው። በአስራ ዘጠነኛው ክፍለ ዘመን የነበሩ ስህተት ያለባቸውን ቲዎሪዎች አስተካክለን አሁን ደግሞ የላቁ ቲዎሪዎችን ፈጥረናል ነው የሚሉት። የተፈጠሩት ቲዮሪዎች ግን ከእውነታው ዓለም ይልቅ የህልም ዓለም ውስጥ ያሉ የመመስሉ ናቸው። አሁንም ድረስ ኳንተም ፊዚክስ እውነተኛ ቲዎሪ ነው ወይስ ምናብ ነው የሚለው ጥያቄ በቅጡ የተመለሰ አይመስልም።

ከሚከልሰን ሞርሊ experiment በኋላ የተጀመረው የቲዮዎሪዎች ሰንሰለት አንድን ሀሳብ ብቻ ለመሸፈን የተቀናበረ ይመስላል። እነዚህ የቲዎሪዎች ስንሰለት በሳይንሱ ማኅበረሰብ ዘንድ ተቀባይነት እንዲኖራቸው የተደረገው ግፊት፣ በኮፐርኒከሳዊው ሳይንስ ላይ የደረሰውን ቀውስ ለመቅረፍ የተደረጉ የነፍስ አድን ጥረቶች ይመስሉ ነበር።

ኮፐርኒከሳዊ ሳይንስ የሚባለው፣ ምድር የዓለም ማዕከል ናት የሚለውን በአውሮፓ፣ በቢዛንቲን፣ በአረቡ ዓለም ዘንድ እስላም፣ ክርስቲያን፣ ፓጋን (ጣዖት አምላኪ) ሳይል ሁሉም ዘንድ ተቀባይነት የነበረውን የአሪስቶትል ሳይንሳዊ እና ሜታፊዚክሳዊ ርዕዮተ ዓለም በመቃወም፣ አውሮፓን በዳግም ውልደት (በ Renaissance) ከድንቁርና ነፃ አውጥተናታል ያሉ ሳይንቲስቶች በኒኮላስ ኮፐርኒከስ ተመርተው የመሠረቱት ማቴሪያሊስት እና ጸረ-ሃይማኖት የሆነ የዓለም እይታ ነው።