عندما توفي ستيفن واينبرغ في يوليو 2021، فقد العالم أحد أعمق مفكريه.

ستيفن واينبرج في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية عام 1977. أعاد عمله في فيزياء الجسيمات تعريف فهمنا للكون.

ستيفن واينبرج، الذي توفي في 23 يوليو / تموز، تفوق على الفيزياء النظرية في النصف الثاني من القرن العشرين. وكان يعتقد بقوة أنه مسلحًا فقط بالمبادئ الأساسية للنسبية وميكانيكا الكم ويستطيع الفيزيائي النظري فحص جميع الظواهر في الكون من أصغر المقاييس إلى أكبرها.  وغيّر عمل ستيفن واينبرج، فهمنا لكل جانب من جوانب الفيزياء الأساسية بطرق  أساسية وعميقة بشكل مذهل. وكان واينبرغ أستاذًا في نظرية المجال الكمي، وهو فرع من فروع الفيزياء نشأ من تطبيق قواعد ميكانيكا الكم على المجال الكهرومغناطيسي، والذي يرى الجسيم – الفوتون – على أنه إثارة “كمية” للمجال. وكان له دور فعال في دفع نظرية المجال الكمي إلى آفاق جديدة ومذهلة في وصف الطبيعة.

وقادت موضوعات التوحيد والتناظر جميع أعمال واينبرغ وأدت إلى اختراقه الشهير في توحيد الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة، والذي كشف عن الوحدة الخفية بين اثنتين من القوى الأساسية الأربعة للكون.  للوهلة الأولى، تبدو التفاعلات الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة مختلفة تمامًا، فنحن نرى الموجات الكهرومغناطيسية على أنها ضوء في الحياة اليومية، في حين أن القوة الضعيفة – المسؤولة عن النشاط الإشعاعي – تعمل على المقاييس دون النووية. و أدرك واينبرغ أنه عند الطاقات العالية جدًا. يجب أن تتشابك القوتان، كما هو معروف بما يعرف بنظرية يانغ ميلز، التي تتمتع معادلاتها بخاصية خاصة تسمى تناظر القياس. لكن هذه القاسم المشترك الأساسي يخفيها ما يسمى بآلية هيغز، والتي تولد كتلًا للجسيمات الأولية، مثل الإلكترون وجسيمات W و Z (التي تتوسط تفاعلات ضعيفة قصيرة المدى)، مع ترك الفوتون بعيد المدى بلا كتلة. وقدم النموذج الذي اقترحه في عام 1967 لتحقيق هذه الرؤية العديد من التوقعات التفصيلية وتم تأكيده بنجاح من خلال التجارب التي بدأت في السبعينيات والثمانينيات، وتوج باكتشاف جسيم هيغز عام 2012. وتقاسم واينبرغ جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1979 مع شيلدون جلاشو وعبد السلام عن هذا العمل، وهو أحد أعمدة النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.

ولكن من المفارقات أن هذا الجهد كان من نواحٍ عديدة غير معهود في أعمال واينبرغ، حيث كان يميل إلى الاهتمام أكثر بالخصائص العامة لقوانين الطبيعة بدلاً من النماذج المحددة. وكان لديه أسلوب لا لبس فيه، حيث بدأ أي نقاش من المبادئ العامة وطور سلسلة منهجية من الحجج في خطوة تلو الأخرى بحتمية ظاهرية.

فبينما كان واينبرغ يحب الرياضيات، ركز بشكل مباشر على استخدامها كأداة لوصف العالم. وسأل واينبرغ أسئلة بسيطة وعميقة. لماذا وصفت الطبيعة بنظرية المجال الكمومي؟ لماذا توجد احتمالات قليلة جدًا لوصف خصائص الجسيمات الأولية وتفاعلاتها؟ وفي هذا السياق، أعاد واينبرغ تصور نظرية المجال الكمومي من منظور مختلف مؤكدًا على أولوية النسبية الخاصة وميكانيكا الكم ومفهوم الجسيمات كنقطة انطلاق. حيث درس في عمله المبكر القوى بعيد المدى، مثل الكهرومغناطيسية والجاذبية، بواسطة جسيمات عديمة الكتلة والفوتون والجرافيتون.  ومثل كل الجسيمات الأولية، تمتلك هذه الجسيمات زخمًا زاويًا جوهريًا، أو “دوران” والذي يأتي في وحدات كمية: الفوتونات التي لها مغزل والجرافيتون مغزلي. وأظهر وينبرغ أن النسبية الخاصة وميكانيكا الكم تضع قيودًا مذهلة على تفاعلات الجسيمات عديمة الكتلة. يجب أن توصف جسيمات المغزل الأول بالنظريات التي تحتوي معادلاتها على تناظر، بينما جسيمات المغزل الثاني يجب أن تتمتع بخصائص الجرافيتون مع قوة اقتران كونية لجميع الجسيمات. وقدم هذا اشتقاقًا أعمق لمبدأ التكافؤ الذي افترضه ألبرت أينشتاين كنقطة انطلاق له لتطوير النسبية العامة. ولا توجد احتمالات أخرى متسقة. فالقوى بعيدة المدى التي نراها في الطبيعة تستنفد ما تسمح به النسبية الخاصة وميكانيكا الكم.

وكان تقديمه لمفهوم “نظريات المجال الفعال” مساهمة بارزة أخرى، والتي غيرت فهمنا لسبب وصف نظرية المجال الكمومي للعالم. وناقش واينبرغ مبادئ ميكانيكا الكم والمكان – حيث أن التجارب التي يتم إجراؤها متباعدة بشكل كافٍ في الزمكان لا يجب أن تؤثر على بعضها البعض – بحيث تضمن أن تفاعلات الجسيمات التي يمكن الوصول إليها على مستوى معين من الطاقة يجب أن توصف بعبارة بسيطة “فعالة” نظرية المجال الكمي التي تتضمن هذه الجسيمات فقط. والتفاعلات السائدة بين الجسيمات مُعطاة بعدد محدود من قوى التفاعل، بينما تبقى آثار  الفيزياء غير معروفة عند طاقات أعلى يتم ترميزها بشكل منهجي في مجموعة لا حصر لها من التفاعلات الأصغر. (تم تطوير أفكار نظرية المجال الفعال أيضًا في نفس الوقت تقريبًا، من منظور تكميلي، بواسطة كين ويلسون.)

وقبل كل شيء، كان واينبرغ موحِّدًا رائعًا. لم يعجبه وجهة نظر “أينشتاين” للجاذبية باعتبارها انحناء الزمكان – الذي يعطي الجاذبية موقعًا متميزًا في تحديد الساحة التي تعمل فيها جميع الظواهر الأخرى – وشعر بأن هذا أقام حاجزًا اصطناعيًا يمنع الباحثين من رؤية روابط أعمق بين الجاذبية وبقية الفيزياء. وقاده ذلك إلى صياغة النسبية العامة باستخدام أساليب فيزياء الجسيمات، في أول كتبه العديدة بعنوان: “الجاذبية وعلم الكونيات”.  ولقد أدرك أيضًا أنه يجب توحيد الحقول التي تبدو متباينة في فيزياء الجسيمات وعلم الكونيات، نظرًا لأن التصادمات عالية الطاقة بين الجسيمات الأولية كانت موجودة في كل مكان في الظروف الحارة والكثيفة للكون المبكر بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم، وقدم الأدوات النظرية التي كانت ضرورية للدخول في عصر ذهبي من الاستكشافات في علم الكونيات في الكون المبكر.

أدى افتتان واينبرغ بعلم الكونيات إلى التفكير في مشكلة الثبات الكوني سيئة السمعة. فالتقلبات الميكانيكية الكمية العنيفة، الموجودة في كل مكان في الفراغ، يجب أن تمنح الفضاء الفارغ كثافة طاقة هائلة وتتسبب في انحناء الزمكان بشدة، في خلاف صارخ مع الكون الكبير شبه المسطح الذي نلاحظه.  فلماذا هذه الطاقة الفراغية، أو “الثابت الكوني” صغيرة جدًا؟

و في عام 1987، اقترح واينبرغ مقاربة جذرية لهذه المشكلة باستخدام نسخة مبسطة من “المبدأ الأنثروبي”. لقد استنتج أن طاقة الفراغ ربما يمكن أن تأخذ قيمًا مختلفة، وأنه إذا كانت أكبر من حجم دقيق معين، فإن التوسع المتسارع للكون سيؤدي إلى تمزيق المجرات قبل أن تتاح لها فرصة للتكون، مما يؤدي إلى كون فارغ بلا هيكل. خالي من الناس يتساءلون عن حجم الثابت الكوني.  وناقش واينبرغ بأن هذا توقع لحجم صغير، ولكن غير صفري لطاقة الفراغ.  وفي عام 1998، اكتشف علماء الفلك أن تمدد الكون يتسارع، وكان أبسط تفسير هو وجود طاقة الفراغ بالحجم الذي اقترحته نظرية واينبرغ.  وتجنب واينبرغ إلى حدٍ كبير الخطابات اللاذعة العديدة التي تحيط بالمبدأ الأنثروبي الذي أعقب ذلك، واكتفي بنفسه باستخدام التفكير الأنثروبي النظري لإجراء تنبؤ صحيح عن الطبيعة.

وبالإضافة إلى كونه أحد أعظم المنظرين في عصره، كان واينبرغ أيضًا المفكر العام البارز في الفيزياء الأساسية. وأصبح كتابه الشهير الأول – الدقائق الثلاث الأولى، عن علم الكونيات والانفجار العظيم – كتابًا أساسيًا مباشرةً،  وأثبت تأثيره العميق على كل من عامة الناس والباحثين المحترفين. وبدأ العديد من الفيزيائيين في تعلم علم الكونيات من هذا الكتاب. في كتاب أحلام النظرية الأخيرة  “Dreams of a Final Theory” شرح واينبرغ ببلاغة مفهوم “الجمال” في الفيزياء، مشددًا على أنه ليس حكمًا جماليًا متقلبًا، ولكنه انعكاس للصلابة الهائلة للقوانين الفيزيائية والشعور المتزايد بالحتمية المرتبطة بالطريقة التي نرى بها العالم.

فمنذ أن كنت طالباً بالدراسات العليا، كان واينبرغ قدوتي الفكرية لحياتي في الفيزياء. كانت كتبه المدرسية حول نظرية المجال الكمي هبة من السماء، وشكلت نظرياته حول حتمية نظرية المجال الكمومي والمجال الفعال أساس صورتي عن العالم. وعملت بجد من خلال كتبه، وأحملها معي أينما ذهبت. واستخدم واينبرغ تدوينًا مفصلاً بشكل مكثف مع الكثير من المعادلات، لذلك كانت القراءة العرضية لنصه مستحيلة، لأن إجباره على ترجمة رؤيته إلى تدويني الخاص جعلها تعلق في ذاكرتي حقًا. سنواتي التي قضيتها في كتب واينبرغ كان لها أثر جانبي مثير للاهتمام حتى يومنا هذا، عندما أفكر في بعض الجوانب الأساسية لنظرية المجال، أرى كلماتٍ من كتبه في عين عقلي وأسمع صوته في رأسي. أتذكر أيضًا بوضوح أنني قرأت ورقته البحثية عن التفسير الأنثروبولوجي للثابت الكون، والذي جعلني أتجول في حالة ذهول لمدة شهر. لقد استغرق الأمر مني سنوات عديدة للتوافق مع وجهة النظر هذه، وفي النهاية تبنيتها في بحثي الخاص.

قابلت واينبرغ شخصيًا لأول مرة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. على الرغم من أنه كان لطيفًا ومشجعًا لي بشأن عملي، إلا أنني شعرت بالخجل بشكل غير معهود في حضوره. في خضم مناقشة تقنية، نطقت بعبارة “كما علمتنا” عدة مرات أكثر مما أتذكره. لم أهز أبدًا هذا الشعور بالاحترام من حوله. إن إدراك البساطة الأساسية وراء الأعمال الداخلية للطبيعة هو أعلى هدف يمكن أن يتطلع إليه الفيزيائي النظري. لم يفعل أحد ذلك أفضل من واينبرغ في السنوات الستين الماضية. لقد كان أيضًا مفكرًا عميقًا وإنسانيًا، علمنا جميعًا كيف نبحث عن ما يرفع حياة الإنسان قليلاً فوق مستوى المهزلة ويمنحها بعضًا من نعمة المأساة”. سوف يكون بمثابة مصدر إلهام إلى الأبد، ونموذج لحياة عميقة.

المصدر: https://www.quantamagazine.org

ترجمة: د. فاتن ضاوي المحنّا

تويتر: @F_D_Almutiri

مراجعة وتدقيق: شهد راشد