بزرگترین مسایل حل نشده در فیزیک و شیمی کوانتومی

این داستان بارها گفته شده است. در آغاز قرن بیستم، بسیاری از مسایل مربوط به فیزیک و تا حدودی علم شیمی، اساساً حل شده به نظر می­رسیدند. یک یا دو پدیده گیج کننده مانند اثر فوتوالکتریک و نگرانی در مورد تشعشعات جسم سیاه، دانشمندان را به خاراندن سر خود برانگیخت، اما این احساس عمومی غالب بود که حل این مسائل به معنای نقطه‌گذاری i و عبور از t، در فرمولیات دنیای ریاضی است. این مشکلات به ظاهر جزئی، نیازمند یک انقلاب کامل در قوانین مربوط به فیزیک بود. یک شگفتی عظیم در جهان پر آشوب علم، تولد پر فروغ نظریه کوانتومی و نسبیت بود که به سنگ بنای علم مدرن تبدیل شده و یک بستر فکری نوین را برای جهان قرن بیست و یکم ما، فراهم کرد. این چالش، سؤال جالبی را برای محققانی که به دنبال انقلاب‌های بالقوه در آینده هستند، ایجاد می‌کند. برای آنها این سوال پیش می­آید: جالب­ترین مسائل حل نشده در علم امروز کدامند؟

اکنون آنها به لطف کارهای ((سوزی لیدستروم)) در دانشگاه A&M تگزاس در کالج استیشن، پاسخی دارند که مجموعه‌ای از پاسخ‌ها را به این سؤال که توسط برخی از متفکران برجسته سیاره زمین ارائه شده است، جمع‌آوری کرده است. او با پرسیدن از محققان، برندگان جایزه نوبل و محققان جوان مشتاق در میان آنها درباره این چالش که فیزیک جدیدی وجود خواهد داشت یا خیر، بینش جالبی از "مشکلات بزرگ" فیزیک و فرصت­ها، چالش­ها و گام­های اشتباه احتمالی پیش رو ایجاد کرده است. مقاله با ویلیام فیلیپس، برنده جایزه نوبل در فیزیک به خاطر کار برروی خنک‌کننده­های لیزری، آغاز می‌شود و استدلال می‌کند که جهان نوید فیزیک جدیدی را می‌دهد، زیرا تنها حدود 5 درصد از آن برای ما قابل مشاهده است. خواص بقیه، به شکل ماده تاریک و انرژی تاریک، کاملا ناشناخته است و بنابراین رگه­ای غنی از اکتشاف را برای علم ارائه خواهد کرد.

جرارد تهوف نیز که برنده جایزه نوبل است، با مسئله گره‌دار پدیده توپولوژیکی در فیزیک و پتانسیل آن برای اکتشافات آتی، درگیر است. ترکیب کهکشان، منظومه شمسی، زمین و هر چیزی که در آن وجود دارد توسط عناصر تولید شده در برخی از خشن­ترین فرآیندهای جهان در ابرنواخترها، برخورد بین ستاره­های نوترونی و بین سیاهچاله­ها تعیین می­شود. اما دانشمندان اطلاعات کمی در مورد نحوه رفتار ماده در این رویدادها دارند، بنابراین پیش­بینی فراوانی عناصر دشوار است.

همانطور که کارلهینتس لانگانکه، فیزیکدان هسته­ای نظری در دانشگاه فنی دارمشتات، در آلمان و یکی از نیروهای محرک در زمینه توضیح داد، بسیاری از پاسخ­ها را می­توان در آزمایشی به نام FAIR در مرکز تحقیقات آنتی پروتون و یون، پیدا کرد.

یکی از دیدگاه‌های تازه‌کننده، دیدگاه جیم باگوت است که وسواس بیش از حد در فیزیک مدرن با موضوعاتی مانند نظریه ریسمان و چندجهانی را محکوم می‌کند. او اشاره می­کند که بحث در مورد این موضوعات عمدتاً متافیزیکی است، زیرا شواهد تجربی کمی برای آگاهی بخشی به تفکر وجود دارد یا اصلاً وجود ندارد. او پیشنهاد می­کند که علم با تمرکز بر فیزیک حالت جامد یا اطلاعات کوانتومی "جایی که فیزیک جدید همیشه در حال وقوع است" بهتر مورد استفاده قرار گیرد.

برخی دیگر به ماهیت درهم تنیدگی این مشکل اشاره می­کنند که چگونه اندازه­گیری یک حالت کوانتومی در یک بخش از جهان می­تواند به طور آنی بر وضعیت دیگری در منطقه­ای دور از جهان تأثیر بگذارد. هیچ کس نمی­داند چگونه این اتفاق می­افتد و البته، هیچ بحثی درباره مشکلات حل نشده بدون این که بپرسیم مغز چگونه کار می­کند و چه رویکردی به کشف اسرار آگاهی کمک می­کند، کامل نخواهد بود. اینها مشکلات واقعاً عمیقی هستند که مستلزم مشارکت با زیست شناسان، زبان­شناسان، دانشمندان کامپیوتر، دانشمندان علوم اعصاب و دیگران است. سوال مهم این است، آیا جامعه فیزیک و شیمی به خوبی برای این نوع همکاری­ها آماده است یا خیر، سوالی که همچنان بی­پاسخ مانده است.

یک نتیجه جالب، بحث در مورد نقش اطلاعات در ماهیت زندگی است. یکی از روش­های تفکر در مورد تولید مثل، انتقال اطلاعات بیولوژیکی از نسلی به نسل دیگر است. لازارو کاستاندو و همکارانش اشاره می­کنند که در قرن بیستم، مهندسان به رهبری کلود شانون مدل­های قدرتمندی را برای توصیف انتقال اطلاعات از یک مکان به مکان دیگر توسعه دادند. آنها      می­پرسند که آیا مشکلات خاص انتقال اطلاعات در زیست شناسی ممکن است به توسعه بیشتر این نظریه کلاسیک ارتباط، کمک کند؟

اگر جامعه واقعاً جاه طلبی داشته باشد که اسرار جهان را با شکوه تمام بپذیرد، به همه تخصص­هایی که می­تواند به دست آورد، نیاز دارد. یعنی فارغ از جنسیت، نژاد و قومیت برای حل مسایل علم.