تولد سه نظريه جديد كوانتومي
در طول 12 ماه از ژوئن 1925 تا ژوئن 1926 نه يك،نه دوتا بلكه سه طرح متفاوت و مستقل از نظريه كامل كوانتومي منتشر شد. كه بعدها نشان داده شد كه هرسه آنها معادل يكديگر هستند

اولين:مكانيك ماتريسي كه توسط ورنر هايزنبرگ مطرح شد.
دومين:مكانيك موجي كه توسطاروين شرودينگر مطرح شد.
سومين: جبر كوانتومي كهتوسط پل ديراگ مطرح شد

مكانيك كوانتومي و ناخشنوديهاي آن
هايزنبرگ(76-1901) در مونيخ در جايي كه پدرش استاد زبان يوناني در دانشگاه محلي بود، پرورش يافت. اواغلب از كوهنوردي از كوهنوردي لذت مي برد. او دانش آموزي تيز هوش و پيانستي ماهر بود و درسال 1920 بعد از ثبت نام در دانشگاه مونيخ براي مطالعه نزد سامرفيلد رفت و در آنجا باولفانگ پائولي ملاقات كرد.

پائولي و هايزنبرگ در ژوئن 1922 در گوتينگن بودند.و در اين زمان هايزنبرگ براي اولين بار بور راملاقات كرد. او تنها 20 سال داشت و در اين زمانبر روي تز دكتراي خود كار مي كرد.در همان روزها بود كه پس از يكي از سخنراني هاي بور به اعتراض برخاست وبور با ترديد به اعتراض او جواب داد:

هايزنبرگ:بس از پايان سخنراني، بور نزد من آمد و از من خواست براي راهپيمايي در كوههاي هاينبرگ اورا همراهي كنم. اين راهپيمايي تاثيرعميقي بر زندگي علمي من گذاشت. شايد صحيح ترباشد كه بگويم كه زندگي علمي وافعي من از عصر همان روز شروع شد كه بور به من گفت:
«اتم شئي نيست». وما حدود سه ساعت باهم صحبت كرديم.وبراي اولين بار بود كه من ديدم يكي از بنيان گذاران نظريه كوانتوم نگران مشكلات آن است. بور بينش عميقي داشت كه ناشي از مشاهده پديده هاي واقعي بود و نه از نتيجه تحليل هاي رياضي. او مي توانست به جاي استنتاج صوري روابط آن ها را به طور شهودي بفهمد.

پس از پياده روي بور درباره هايزنبرگ به دوستانش گفت:
هايزنبرگ همه چيز را مي فهمد.در حال حاضر همه راه حل در دست اوست. او بايد راهي فرار از مشكلات نظريه كوانتوم بيابد. اما هايزنبرگ باعث شگفتي بور شد.او از مدارهاي الكتروني بور متنفر بود.

هايزنبرگ:هرگز نمي توان آنها را مشاهده كرد . فايده صحبت كردن درباره مسيرهاي نامرئي الكترون در اتم غير قابل رويت چيست؟

جنگ سي ساله نظريه كوانتوم در برابر فيزيك كلاسيك
سه تجربه در عصر پيش كوانتومي وجود داشت كه نمي توان براي توجيه آن از فيزيك كلاسيك استفاده كرد.

1- تشعشع جسم سياه و فاجعه فرابنفش كوانتوم(پلانك)
2- اثرفوتوالكتريك ذرات نور(انيشتن)
3-خطوط روشن طيف نوري (اتم بور)

اين دانشمندان با ارائه راه حل هايشان نخستين قدمها را براي درك جديد طبيعت برداشتند. امروز كار مشترك اين سه مرد كه نقطه اوج آن مدل اتمي بور در سال 1913 بود، بعنوان نظريه قديم كوانتومي شناخته مي شود.

آيا ممكن است باز هم حق با انيشتن باشد؟ آيا چيزي ناديده گرفته شده؟
مكانيك كوانتومي به خوبي ما را در درك هرچه بهتر از ساختار وخواص اتمها ، مولكولها ، جامدات و رفتار ذرات زير اتمي ياري داده است و هداياي گرانقدري نيز به ما اعطا نمود ترانزيستور-ليزر-تلويزيون-كامپيوتر – ميكروسكوپ الكتروني – انرژي هستهاي و…

همه و همه نتايج فيزيك كوانتومي است فيزيكي كه بر پايه عدم قطعيت، احتمال ، ميانگين و آمار بناشده است. نظريه كوانتومي كه توسط پلانك و اينشتين ساخته و پرداخته گرديد باسايه انداختن ديدگاه احتمال و عدم قطعيت برآن موجب نارضايتي و دلسردي اينشتين شد و راهش را از سايرين جدا كرد چراكه طرز فكري كه نسبيتها از آن تراوش كرده بودنند اين اجازه را به اينشتين نميداد كه جهان عيني و علّي را رها كند و درسايه ترديد و تزلزل در پي كشف حقايق عالم برآيد ولي شايد اينشتين درست انديشيده بود و اين بوهر وهمفكران او بودند كه در بكارگيري و تعميم اصل عدم قطعيت راه را به بيراهه رفتند.
همان طور كه براي توجيه پديدهاي عالم ماكروسكوپي فيزيك كلاسيك به تنهايي ناقص و نارسا است شايد براي بررسي تمام جوانب عالم زير اتمي فيزيك كوانتومي نيز به تنهايي كافي نباشد و آنجا كه فيزيك كوانتومي دراندازه گيري همزمان تكانه و مكان ذره به بن بست ميرسد شايد براي رهايي از اين بن بست نميبايست از اصل عدم قطعيت استفاده ميكرديم بلكه بايد مكانيك كوانتومي را كامل يا اصلاح مينموديم يا با خلق روشهاي نوين در رفع اين معضل برميآمديم وبدين گونه با تدوين نظريهاي جديد از اتهام طبيعت به سردرگمي و دو شخصيتي يك شخصيت علّي در توجيه وقوع رويدادهاي ماكروسكوپي و ديگري شخصيت غير قابل پيشبيني و غير قطعي در رويدادهاي زير اتمي پرهيز ميكرديم.

ولي در حال حاضر فيزيك كوانتومي با سرعتي متحير كننده مسير ترقي و شكوفايي خود را ميپيمايد بيآنكه درجاده هموار خود با مشكل مواجه شود. و تا موقعي كه مشكلي ايجاد نشود( همانند مشكلات موجود در فيزيك كلاسيك كه زمينه را براي تولد نظريههاي نسبيت و كوانتوم فراهم نمود) دانشمندان نيازي به خلق نظريهائي جديد يا ايجاد تغييري درآن نميبينند.​

آيا مكانيك كوانتومي يك نظريه كامل است؟
نظريه كوانتوم چيست؟
نظريه كوانتوم موفق ترين دستگاههاي فكري است كه تاكنون توسط بشر ابداع شده است. اين نظريه، جدول تناوبي عناصر و چگونگي رخ دادن واكنش هاي شيميايي را توضيح مي دهد. نظريه كوانتوم همچنين پيشگويي هاي دقيقي درباره ليزر، ميكروچيپ، پايداري DNA و چگونگي تشعشع ذرات آن از درون هسته، به دست داده است.

اينشتين:نظريه كوانتوم غير شهودي استو عقل سليم را به مبارزه مي طلبد.

پائولي:اخيراْ مفاهيم آن به فلسفه شرقي شبيه شده اند و براي كاوش رازهاي پنهان شعور، اراده آزاد و فراهنجار به كار مي روند.

شرودينگر:نظريه كوانتوم هرگز ناكام نشد.

پلانك:نظريه كوانتوم اساساْ رياضي است.

بورن:ساختار نظريه كوانتوم چشم انداز جهان فيزيكي را دگرگون ساخته است.

قرائت بور از نظريه كوانتوم كه در سال1927 ارائه شد، امروزه نيز متداول است. اين امر با وجود اين است كه آزمايش هاي فكري انيشتن درسال1930 اصول بنيادي قرائت بور را زير سوال برد.

به ندرت مي توان درطول تاريخ علم دوره اي را يافت كه اين پايه از روشنگري توسط چنين جمع معدودي صورت پذيرفته باشد.
ماكس پلانگ را با كلاه و سيگارش در كنار ماري كوري در رديف جلو بنگريد. پلانگ عاري از نشاط است، او سالها تلاش براي افكار انقلابي اش،دربارۀ مواد وتابش، خسته به نظر مي آيد.

به ندرت مي توان درطول تاريخ علم دوره اي را يافت كه اين پايه از روشنگري توسط چنين جمع معدودي صورت پذيرفته باشد.
ماكس پلانگ را با كلاه و سيگارش در كنار ماري كوري در رديف جلو بنگريد. پلانگ عاري از نشاط است، او سالها تلاش براي افكار انقلابي اش،دربارۀ مواد وتابش، خسته به نظر مي آيد.
انيشتن با لباس شق ورق در وسط در رديف جلو نشسته است.در سمت راست عكس،پرفسور42 ساله اي به نام بور در اوج توانايي اش، آرام و مطمئن كه در رديف وسط نشسته است.
در رديف آخر، پشت سر اينشتين اروين شرودينگر با ژاكت و پاپيون اش به وضوح فردي بي قيد به نظر ميرسد. در سمت راست او، و با يك فاصله دو جوان افراطي به نام ولفگانگ پائولي و ورنر هايزنبرگ قرار دارند كه هنوز در دهه سوم عمرشان به سر قرار دارند.جلوي آنها پل ديراگ ،لويي دوبروي،ماكس بورن و بور قرار گرفته اند.
پيرترين آنها پلانگ69 ساله بود كه همه اين ماجراها را در سال1900 شروع كرد تا ديراك25 ساله كه جوانترين آنها بود نظريه را در سال1928 كامل كند.

بازنويسي تراشه هاي کوانتومي با باريکه نور
با تکنیک استفاده از باریکه نور در خلق تراشههای رایانهای قابل بازنویسی، نوید محاسبات کوانتومی فوق سریع یک گام به واقعیت نزدیکتر شده است. پژوهشگرانی از کالج شهری نیویورک (CCNY) و دانشگاه کالیفرنیای برکلی (UCB) از نور برای کنترل اسپین هسته یک اتم بمنظور کدگذاری اطلاعات استفاده کردند.این تکنیک میتواند راه را به سوی محاسبات کوانتومی، یک جهش بزرگ به سمت رایانههایی با سرعت پردازش بسیار بالا، هموار کند. افزارههای الکترونیکی رایج در حال رسیدن به سرعت پردازش بالاتر هستند و اساس کار آنها الگودهی نیمهرسانا برای خلق تراشه یا مدار مجتمع است. اتصالات درونی این الگوها بمانند بزرگراههایی برای حمل اطلاعات هستند، ولی اشکالی در آنها وجود دارد.دکتر جفری رایمر، استاد UCB، توضیح داد: «همینکه تراشه چاپ شد دیگر نمیتوان آن را تغییر داد.» این گروه راه گریز از این مسائل را در علوم نوظهور اسپینترونیک و محاسبات کوانتومی پیدا کرده است.آنها تکنیکی برای استفاده از نور لیزر در الگودهی صفبندی «اسپین» اتمها ارائه کردهاند، بگونهای که بتواند آزادانه قابل بازنویسی باشد. چنین تکنیکی ممکن است روزی منجر به مدارهای اسپینترونیکی قابل بازنویسی شود. با اینحال، تلاش برای استفاده از الکترون در محاسبات کوانتومی بدلیل عقب و جلو شدن بسیار سریع اسپین الکترونی بینتیجه بوده است.نمای نزدیک از پایه استفاده شده برای نگهداری نمونه آرسنید گالیوم (نیمهرسانا)، که نشاندهنده سیمپیچ فرکانس رادیویی برای دستکاری پالسی اسپین است.

برای فرونشانی سوئیچ تصادفی اسپین الکترون، این پژوهشگران از نور لیزر برای تولید مگنتهای بادوام اسپین هستهای که بتوانند اسپین الکترونها را بکشند، هل دهند یا تثبیت کنند، استفاده کردند. آنها این کار را با نورافشانی نمونه آرسنید گالیوم - همان نیمهرسانایی که در تراشههای تلفن همراه استفاده میشود - با یک الگوی نوری انجام دادند، مشابه کاری که لیتوگرافی در مدارهای مجتمع انجام میدهد.الگوی نورافشانی شده، اسپین همه هستههای اتمی را همخط کرده و یک مدار اسپینترونیکی خلق کرد. کارلوس مریلیز، استاد CCNY، گفت: «چیزی که شما خواهید داشت، تراشهای است که میتواند آزادانه فقط با استفاده از یک باریکه نوری پاک شده و بازنویسی شود.» تغییر الگوی نور میتواند بلافاصله آرایش مدار را عوض کند. او افزود: «اگر شما بتوانید واقعا با یک باریکه نوری بازنویسی کنید و این الگو را عوض کنید خواهید توانست ریخت مدار را با نیازهای مختلف سازگار کنید. تصور کنید که از یک چنین سیستمی چه کاری میتوانید بخواهید تا برایتان انجام دهد!»

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجلهی Nature Communication منتشر کردهاند.

دکتر ناجی عضو هیئت علمی پژوهشگاه دانشهای بنیادی، ادامه داد: «اساس نظریهای که ما ارائه کردیم بر این استوار است که مواد غالباً دارای بینظمی در توزیع بار خود هستند و حتی موادی که در کل خنثی هستند و بار الکتریکیِ خالص ندارند دارای بارهای مثبت و منفیای هستند که به صورت تصادفی یا کاتورهای (random) در روی سطح یا در حجم آنها توزیع شدهاند. چنین بینظمی بارِ الکتریکی حتی در تمیزترین نمونهها (مواد) وجود دارد و مورد تایید در آزمایشهای اخیر قرار گرفته است و لذا نشان میدهد که تصور اینکه سطوحِ خنثی «مطلقاً بدون بار» هستند درست نیست. نظریه ارائه شده توسط ما مستقیماً نشان میدهد که حضور بارهای تصادفی ثابت یا یخزده (quenched) منجر به نیروهای بلندبرد حتی بین موادی میگردد که در کل خنثی هستند و بار خالص ندارند.»

این نظریه در ابتدا تا حدی محیرالعقول به نظر میرسد چرا که طبق تمام متون استاندارد درسی (در زمینه نیروهای الکترومغناطیس) اجسام خنثی تنها میتوانند با نیروهای کوتاهبرد (ناشی از اثرات معروف به دو قطبی یا چندقطبیهای الکتریکی) برهمکنش داشته باشند. وی همچنین ابراز داشت: «ما نشان دادیم که نیروهای بلندبردِ پیشبینی شده در مطالعات ما ناشی از اندرکنش دو عامل فیزیکی بسیار مهم است: 1) وجود بارهای تصادفی حتی در اجسامی که خنثی هستند موجبِ القای الکتریکی میشود که به اثرِ «بارهای تصویری» معروف است. 2) میانگینگیریِ آماری روی این بارهای بینظم منجر به حذف اثر همبستگیِ آماری بارهای تصادفی با یکدیگر میشود اما اثر همبستگیِ آماری بارهای تصادفی با بارهای تصویریِ خودشان باقی میماند. این عامل به صورت یک نیروی بلندبرد ظاهر میشود که در خلاء و بین دو جسم خنثی که دارای بارهای تصادفی هستند به صورت جاذبهای خواهد بود. همچنین ما نشان دادیم که این نیروهای ناشی از بینظمیِ بار الکتریکی بسیار قوی هستند و میتوانند در کنار اثر کازیمیر نقش مهمی در مقیاسهای کوچک (زیر مقیاس میکرومتر و در بازه مقیاسهای نانو) ایفا کنند.»

بنابراین نظریهای که بدینوسیله ارائه شده است منجر به نتیجهای میشود که در نظریههای استاندارد برهمکنش الکترومغناطیسی بین مواد در نظر گرفته نشده است و از این نظر به عنوان یک نتیجه بنیادین در این زمینه مطرح گردیدهاست. این نتیجه برای اولین بار در مجله Physical Review Letters که مطرحترین مجله بینالمللی فیزیک است در سال 2010 ارائه شد. این تحقیقات بعد از ارائه نظریه جدید نیز ادامه یافته و منجر به نتایج جدیدی شده است.

دکتر ناجی در این باره نیز گفت: «در کارهای بعدی مشاهده کردیم که نیروهای ناشی از بینظمی بار میتوانند با تغییر شرایط محیط تغییر علامت دهند و از نیروی جاذبه به نیروی دافعه تبدیل شوند. بالاخص دیده شد که اندرکنش بین این نیروها و نیروی کازیمیر در سیستمهایی که دو جسم در محیطی غیر از خلاء قرار دارند (از جمله در داخل یک مایع دیالکتریک) میتواند منجر به ایجاد نیروهای نایکنوا (non-monoton IC شود که میتوانند در فاصلههای نزدیک جاذبهای و در فاصلههای دور دافعهای باشند و یا بالعکس، و بنابراین وجود نقاطی را پیشبینی میکنند که به نقاط «تعادل پایدار» یا «ناپایدار» موسوم هستند. این رفتارها میتوانند کاربرد فراوانی در کنترل و بهرهبرداری مکانیکی از نیروی کازیمیر در ابعاد نانو یا زیرِ میکرون داشته باشند.»

در کارهای بعدی پیشبینی شد که سطوح خنثی که حامل بارهای الکتریکی تصادفی هستند، میتوانند یکدیگر را با نیروهای مماسی یا برشی و «گشتاورهایی» بسیار بلند نیز تحت تأثیر قرار دهند، و بنابراین اگرچه این سطوح در کل بار خالص ندارند، میتوانند به یکدیگر نیروهای «اصطکاکی» تصادفی وارد کنند. این نیروها در کاربردهای مختلفی میتوانند موثر باشند از جمله در محاسبه و بهرهبرداری از سطوحی که در فواصل نزدیک در تماس قرار میگیرند، در کاربردهایی مانند شارههای جاری در نانوکانالها. (nano-fluidics)، یا در اندازهگیری نیروها در آزمایشهایی که از فناوری STM که نيازمند دما و شرايط خاص است، در دماي اتاق کار ميکند. > STM که نيازمند دما و شرايط خاص است، در دماي اتاق کار ميکند. > STM که نيازمند دما و شرايط خاص است، در دماي اتاق کار ميکند. > atomic force microscopy استفاده میکنند. وجود گشتاورهای بلندبرد بین سطوح با بار تصادفی میتواند در توضیح و فهم نظری پدیدههای مهمی در بیولوژی مولکولی و فناوري نانوبيو نیز نقش داشته باشد. از جمله در فرایند موسوم به «تشخیص الگوها» (pattern recognit ion که در بیولوژی مولکولی موضوعی بسیار کلیدی است و اساس اندرکنشِ بهینه پروتئینها از لحاظ زیست شناختی را تشکیل میدهد. اصول نظری «تشخیص الگوها» هنوز به طور کامل کشف نشده است. تحقیقات فعلی بر روی برهمکنش سطوحی که دارای بارهای تصادفی هستند و رهیافتی که در مطالعات این تیم پیشنهاد شده است میتواند در این زمینه راهگشا باشد.

نظريه ي جديد محققان ايراني براي تبيين برهمکنش سطوح خنثي
در تحقیقات گستردهای که اخیراً پژوهشگرانی از ایران با همکاری پژوهشگرانی از کشورهای اسلونیا، آمریکا، انگلستان و فرانسه به انجام رساندهاند، با ارائه یک نظریه سیستماتیک، موفق به توضیح نیرویِ نامتعارفی شدهاند که به تازگی در آزمایشهای اثر کازیمیر مشاهده شدهاست. این نظریه نشان میدهد که حتی موادی که در کل از لحاظ الکتریکی خنثی هستند، اما بارهای الکتریکی مثبت و منفیاي دارند که به صورت تصادفی (random) در روی سطح یا در حجم آنها توزیع شدهاند، میتوانند یکدیگر را با نیروهایی بسیار بلندبرد جذب یا دفع کنند.

این تحقیقات چارچوبی برای مطالعه برهمکنش لایهها و سطوح جامد در فواصل زیرِ میکرون، و حتی برهمکنش بیومولکولهای زیستی (از جمله نانوکلوییدها و پروتئینها) و غیره فراهم میکند و میتواند در علوم نانو و بالاخص ساخت و طراحی ماشینهای نانو از جمله NEMS نیز کاربرد داشته باشد.

یکی از پدیدههای شگفتانگیزی که در فیزیک معاصر در طی چند دهه اخیر مورد توجه فیزیکدانهای نظری و تجربی در تقریبا تمام بخشهای پژوهشی قرار گرفتهاست، اثر کازیمیر است. این اثر برای نخستین بار در سال ۱۹۴۸ بهوسیلهی هندریک کازیمیر پیشبینی شد. کازیمیر پیشبینی کرد که چنانچه دو سطح فلزی ایدهال و کاملا خنثی در خلاءِ کامل و عاری از هر گونه ماده و تشعشع خارجی در دمای صفرِ مطلق قرار داده شوند یکدیگر را با یک نیروی متناهی جذب میکنند.

این نتیجه در واقع نشان میدهد که نیرویی از هیچ بین دو صفحه فلزی پدیدار میشود. این نتیجه در ابتدا غیربدیهی به نظر میرسید، اما این اثر و منشأ آن به برخی از بنیادیترین قوانین فیزیک نوین از جمله فیزیک کوانتومی و نسبیتی پیوند خوردهاست. این نیرو در واقع ناشی از این حقیقت است که بر اساس فیزیک کوانتومی خلا نمیتواند مطلقاً خالی باشد بلکه دارای حالت پایهای است که حاوی انرژیای نامتناهی است که به عنوان انرژیِ نقطة صفر شناخته میشود.

در حضور دو سطح فلزی، طیف کوانتومی خلاءِ الکترومغناطیسی تغییر میکند و در واقع کاهیده میشود که منجر به ایجاد نیروی جاذبة کازیمیر بینِ دو سطح میگردد. بررسی اثر فوق برای مواد واقعی که طبعاً متفاوت با فلز ایدهال هستند برای اولین بار توسط لیفشیتز در سال ۱۹۵۶ ارائه شد. بر اساس نظریه لیفشیتز برای محاسبه نیروی کازیمیر بین دو ماده به تابع دیالکتریک مواد در فضای فرکانس نیاز است.

وجود اثر کازیمیر و نیروی ناشی از آن – که به عناوین مختلفی از جمله نیروی کازیمیر، نیروی کازیمیر-لیفشیتز (Casimir-Lifshitz)، یا نیروی کازیمیر-واندروالس (Casimir-Van der Waals) شناخته میشود – در بخشهای مختلف علوم پایه از فیزیک تا شیمی و بیولوژیِ مولکولی دارای اهمیتی فوقالعاده زیاد است.

دکتر علی ناجی از پژوهشگاه دانشهای بنیادی(IPM) و دانشگاه کمبریج انگلستان با همکاری دکتر جلال سرآبادانی از موسسه ماکس پلانک در ماینزِ آلمان و دانشگاه اصفهان، و پژوهشگران همکارِشان از دانشگاههای لیوبلیانا در اسلونیا، ماساچوست (Amherst) در آمریکا، کمبریج انگلستان و بوردویِ فرانسه اخیراً توجه خود را به بررسی برهمکنش و نیروهای عامل بین سطوح بارداری معطوف کردهاند که توزیع بارالکتریکی بر روی سطح آنها به صورت تصادفی یا کاتورهای (random) یا ناهمگن (heterogeneous) پخش شده است.

این مطالعات در ابتدا تماماً معطوف به سیستمهایی بود که در زمینه موضوعیِ مربوط به مواد نرم (soft matt ER و بیوفیزیک (biophysics) قرار میگیرند. دکتر ناجی در مصاحبهای در اینباره با بخش خبری ستاد ویژه توسعه فناوری نانو گفت: «انگیزش ابتدایی مطالعات ما بین سالهای 2004 تا 2008 بررسی رفتارِ فیزیکیِ موادی بود که غالباً در سیستمهای زیستشناختی (biological) یافت میشوند از جمله کلوییدها، پلیمرها، پروتئینها و غشاهای سلولی که سطوح آنها غالباً از بار الکتریکی با توزیع تصادفی یا ناهمگن پوشیده شدهاست. بهطور مشخص، سطوح باردار در این سسیستمها همیشه در محلولی باردار از یونهای آزاد قرار دارند. این محلولهای یونی با نامهای مختلفی از جمله شارههای کولمبی یا پلاسماهای دمای اتاق و یا الکترولیت شناخته میشوند و باعث پیچیدگیهای ریاضی خاصی در نظریههای مربوط به این سیستمها میگردند.»

در سال 2008 توجه تحقیقاتی این تیم به مسئله بینظمی و ناهمگنی توزیعِ بار الکتریکی در مسئله اثر کازیمیر در خلاء معطوف گردید که شباهتهای نزدیکی با مسائل فوق نشان میداد. مطالعات بعدی ایشان که تاکنون نیز ادامه دارد، نتایجی به همراه داشته است که منجر به نشر چندین مقاله شدهاست که به مقولات ویژهای که میتواند حائز اهمیت فراوان در علوم نانو باشد مربوط میشود. به عنوان نمونه نتایج تازهای از مطالعات این دانشمندان که در مجله The European Physical Journal E در سال 2012 چاپ گردید، مورد توجه جامعه علمی قرار گرفت و در صدر اخبار برخی از مهمترین سایتهای خبری-علمی بینالمللی مطرح گردید.

مشاهده تجربی اثر کازیمیر از بدو پیشبینی آن همواره مورد توجه فیزیکدانها بوده است. علی رغم شواهد غیرِ مستقیم ِفراوان، اندازهگیری مستقیم نیروی بین دو ماده در خلا همواره با چالش روبرو بودهاست. در سالهای اخیر با پیشرفت و ابداع روشهای آزمایشگاهی موسوم به اندازهگیری با حساسیتِ بسیار بالا (Ultra-high Sensitivity)، بحثِ اندازهگیری نیروی کازیمیر وارد برهه جدیدی شده است.

دکتر ناجی در رابطه با کار تحقیقاتی تیم حاضر، اضافه کرد: «مشاهدات آزمایشگاهی با حساسیت بالا که اخیراً انجام گرفته است یافتههای پیشین در اندازهگیری اثر کازیمیر را تا حدودی زیر سوال برده است. اندازهگیریهای اخیر نشان داده است که مشاهده مستقیم این اثر چندان بدیهی نیست بلکه به علت وجود بینظمیهای طبیعی در مواد، یک نیروی نامتعارفِ بسیار بلند بردِ دیگر بین سطوحِ مورد آزمایش دیده میشود که اثر اصلی را کاملاً تحت الشعاع قرار میدهد. بنابراین پیشنهاد شده است که برای بهدست آوردن نیروی اصلی کازیمیر ابتدا باید این نیروی نامتعارفِ بلندبرد شناخته شده و از نیروی کل مشاهده شده حذف شود. من و همکارانم در سال 2010 یک نظریه سیستماتیک برای توضیح این نیروی نامتعارف بر اساس بینظمی بار الکتریکی ارائه کردیم که در ذیل مختصراً به شالوده آن اشاره میکنم.»

نابودگران نقره ای
در ابتدای قرن بیستم دو نظریه ی مهم در فیزیک پایه گذاری شد، مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت. بر خلاف موفقیت های فراوانی که هر کدام از این نظریه ها به طور جداگانه بدست آوردند، با یکدیگر ناسازگار به نظر می رسیدند. این تناقض در قلب فیزیک نظری همچنان یکی از جنجالی ترین مطالب علم است.

نظریه نسبیت عام در محاسبه ی دقیق گرانش موفق عمل می کند. اگر در میدان گرانش، مکانیک کوانتومی را به کار بگیریم، به گرانش کوانتومی دست می یابیم. در نگاه اول ساختن نظریه گرانش کوانتومی مشکل تر از نظریه ی الکترو دینامیک کوانتومی به نظر نمی رسید. الکترو دینامیک کوانتومی نیم قرن پیش ابداع شد. اساس QED یا همان الکترو دینامیک کوانتومی توصیف نیروهای الکترو مغناطیسی بر حسب تبادل ذراتی است که آنها را فوتون می نامیم. به عبارت دیگر فوتون کوانتای میدان الکترومغناطیس است. این فوتون ها گسیل شده و بلافاصله جذب می شوند. در نتیجه گسیل و جذب فوتون ها انرژی و تکانه ذرات ثابت نمی ماند. بنابر این دافعه ی الکتروستاتیک بین دو الکترون را می توان در نتیجه ی گسیل فوتون از یک الکترون و جذب آن توسط الکترون دیگر دانست.

به طور مشابه می توان جاذبه ی گرانشی بین دو جسم را در نتیجه ی تبادل گراویتون ، یعنی کوانتای میدان گرانشی ، دانست. این واقیعت که تا کنون گراویتون توسط هیچ وسیله ای آشکار نشده است، چندان تعجب آور نیست، چون نیروی گرانشی بسیار ضعیف تر از نیروهای مغناطیسی و الکتریکی است. ثابت می شود که تبادل گراویتون بین جرم های نقطه ای باعث ایجاد میدان گرانشی با قانون معروف عکس مجذور فاصله می شود.

اما هنگامی که فرآیند های پیچیده تر ، که در آنها تعداد زیادی گراویتون وجود دارند، در نظر گرفته می شود مشکلی به وجود می آید. یک فرق مهم بین میدان گرانشی و الکترومغناطیسی وجود دارد. میدان گرانشی غیر خطی است. این غیر خطی بودن از آنجا ناشی می شود که میدان گرانشی شامل انرژی است و این انرژی دارای معادل جرم است که میان ان جرم ها مجددا نیروی گرانشی وجود دارد. به زبان کوانتومی این مطلب بر این نکته دلالت دارد که گراویتون ها با گراویتون های دیگر اندرکنش می کنند، در حالی که فوتون ها با بارهای الکتریکی و جریان ها اندرکنش دارند و با هیچ فوتون دیگری اندرکنش ندارند. چون بین گراویتون ها اندرکنش وجود دارد می توان گفت که ذرات مادی با شبکه ی پیچیده ای از گراویتون ها احاطه شده است که حلقه های بسته ای را تشکیل می دهند، مانند یک درخت پر از شاخ و برگ.

در نظریه میدان کوانتومی حلقه های بسته نشانه ی درد سر می باشند و موجب تولید جواب های بی نهایت در محاسبه ی فرآیند های فیزیکی می شوند.در QED این مسئله هنگامی به وجود می آید که یک الکترون فوتونی را گسیل و مجددا جذب کند. بی نهایت های بدست آمده را با یک روش ریاضی با نام «باز بهنجارش» بر طرف می کنند. اگر این روش به درستی به کار گرفته شود، جواب های قابل قبولی به دست می آید.چون در QED جواب های بی نهایت را می توان با این روش مشخص برداشت به ان یک نظریه ی «باز بهنجار پذیر» می گویند. روش یاد شده مجمو عه ای از اعمال ریاضی است که برای برداشتن بی نهایت ها کافی است.

متاسفانه هنگامی که مکانیک کوانتومی را در نسبیت عام به کار می گیریم چنین روشی وجود ندارد. بنابر این در این حالت نظریه بازبهنجار نا پذیر است. هر فرآیند شامل حلقه های بسته ی بیشتر و بیشتری از گراویتون ها خواهد بود که موجب جملات بی نهایت بیشتری می شوند . وجود این جملات بی نهایت باعث می شود نظریه گرانش کوانتومی برای بررسی اکثر پدیده های طبیعی بی استفاده شود و این فکر را بوجود آورد که چیزی اساسا در نظریه ی نسبیت عام یا مکانیک کوانتومی و یا هردو غلط است.

در چند دهه ی گذشته تلاش های زیادی برای گریز از بازبهنجارناپذیری در گرانش کوانتومی شده است. برجسته ترین آنها نظریه « تار» یا « ابر ریسمان» است. این نظریه بر این فرض بنا شده است که کوچکترین چیزی که دنیای فیزیکی از آن ساخته شده است ذرات نیستند، بلکه تارهایی می باشند که 20^10 بار کوچکتر از هسته ی اتم هستند.مدهای ارتعاشی مختلف این تارها را می توان به ذرات گوناگونی مانند الکترون ها ، کوارک ها، نوتریون ها، فوتون ها، گراویتون ها و دیگر ذرات نسبت داد. بین تار ها مانند ذرات اندرکنش وجود دارد، اما وقتی فرآیندهایی که شامل حلقه های بسته باشند مورد امتحان قرا گیرند، جواب هایی که بدست می آیند دیگر بی نهایت نیست.

مقیاس انرژی ها در نظریه تار از مرتبه ی (بخوانید گیگا الکترون ولت) 19^10Gev است. این انرژی 17^10 بار بیشتر از انرژی است که در حال حاظر بزرگترین شتاب دهنده های ذرات می توانند تولید کنند.بنابر این به نظر می رسد که مشاهده ی ساختار ریسمانی ماده غیر ممکن باشد. فیزیک دانان نظری امید دارند که در حد انرژی های کمتر و قابل دسترس بتوانند نظریه های فیزیکی آشنا تر مانند نسبیت عام، الکترومغناطیس،نیروهای ضعیف و قوی هسته ای و ذرات بنیادی آشنا را به عنوان تقریبی از نظریه تار بیرون بکشند. بنابر این نظریه ابر ریسمان یک توصیف پذیرفته شده از گرانش کوانتومی نیست، بلکه تلاشی برای وحدت نیرو ها و ذرات بنیادی است که آلبرت انبشتین آرزوی تحقق آن را داشت.

متاسفانه تا کنون نظریه تار واحدی وجود ندارد و همچنین حد پایین انرژی واحدی نیز برآورده نشده است.

برای مدت ها این مسئله مانند یک مانع بزرگ می نمود اما در سال های اخیر یک راهکار ریاضی مجرد با نام « نظریه ی M» ساخته شده است و معلوم شده است که این نظریه، نظریات ابر ریسمان اگون را در بر می گیرد.

هنوز زود است که گفته شود نظریه ی M در نهایت بین گرانش و کوانتوم آشتی ایجاد کند ، ولی اگر این نظریه مطابق انتظارات باشد می بایست واقعیت های بنیادی دنیای فیزیک را توضیح دهد. به عنوان مثال فضا- زمان چهار بعدی می باسیت از نظریه بیرون آید ، بدون آنکه خودمان آن را به نظریه بیفزاییم. نیروها و ذرات طبیعت نیز می بایست بر اساس خواص کلیدی شان مانند قدرت اندرکنش ها و جرم هایشان توضیح داده شوند. به هر صورت تا زمانی که نتوان در حد انرژی شتاب دهنده های موجود نظریه M را مورد امتحان قرار داد، این نظریه در حد یک تمرین زیبای ریاضی باقی خواهد ماند.

آيا يك ذره بي نهايت بار قابل تجزيه و تقسيم شدن است؟
براي وجود جهان هستي لازم و ضروري استكه يك ذره مطلق و غير قابل تجزيه وجود داشته باشد چون اگر قرار باشد كه ذرات بي نهايت بار قابل تجزيه و تقسيم شدن باشند،به صفر و هيچ مي رسند و اين از مسلملت پذيرفته شده دانش رياضي است اگر چيزي را بي نهايت بار تقسيم كنيم به صفر و هيچ مي رسيم . آنگاه بايد بپذيريم كه جهان از هيچ به وجود آمده است !

آيا ماده و فضا بي نهايت است؟
ماده و فضا نمي تواند بي نهايت باشد چون بينهايت را نمي توان تقسيم كرد ، در حالي كه ما مي توانيم فضا را تقسيم كنيم مثلا بگوييم فضاي سمت راست و فضاي طرف چپ ما و يا يك متر مكعب از فضا را درنظر بگيريم

بينهايت نه قابل تقسيم است نه ابتدا و انتها دارد حال آنكه ما مي توانيم يك نقطه از فضا را به عنوان ابتدا در نظر بگيريم و در اين صورت اگر بگوييم انتهاي آن در بينهايت است سخن باطلي گفته ايم چون داشتن ابتدا با قوانين حاكم بر بينهايت سازگار نيست

آيا فضا تهي و از هيچ است؟
مسلما فضا تهي و از هيج نيست چون اولا درست است كه فضا را مانند ماده نمي بينيم ولي وجود فضا رامي بينيم و وجود نمي تواند از هيچ باشد در ثاني اگر فضا تهي و از هيچ است در ان صورت چه ضرورتي وجود دارد كه جرم جسمي كه در فضا حركت مي كند افزايش يابد اگر فضا از هيج بود منفعل عمل ميكرد و جرم اجسام در حال حركت را تغييير نمي داد

كنكاشی در ماهيت ماده , فضا و زمان
در جهان هستي واقعيت هاي زيادي وجود دارد كه در مورد چيستي و ماهيت وجود آنها پاسخ روشن و قانع كننده اي داده نشده است . پاسخ هاي داده شده در بسياري از موارد مبهم و بسيار پيچيده بوده و حتي براي فيزيكدانان برجسته هم قابل درك نيست . حال بايد پرسيد ،اگر فرضيه اي براي دانشمندان و حتي آيندگان هم قابل درك نباشد چقدر ارزش گفتن دارد؟ به عنوان مثال يكي از نظريات مطرح در مورد زمان اين است:”زمان بعد چهارم ماده است”حال ما چگونه مي توانيم اين مطلب را درك كنيم و بفهميم؟ زمانچه ربطي به بعد چهارم ماده دارد؟ چگونه است كه سه بعد ماده با هم سنخيتي دارند و يك دفعه بعد چهارم آن هيچ سنخيتي و تشابهي با سه بعد ديگر ندارد و در عين حال در كنار آنهاست و بعد چهارم ماده است آيا اين يك نظريه ي انحرافي در شناخت زمان نيست؟ چه كسي توانسته آن را بفهمد و براي خودش حل كند ؟

اگر منصفانه بنگريم، واقيت اين است كه در عالم فيزيك در بعضي موارد ، كشفيات و نتايجي به دست آمده كه به صورت فرضيه و يا نظريه بيان شده است، حاصل محاسبات و پيشبيني هاي رياضي،به ويژه بررسي و اقتباس هندسه مبهم نا اقليدسي ،ريمان و گاوس بوده است كه البته در جاي خود صحيح و بسيار ارزشمند است. ولي در بعضي موارد كساني كه به اين نتايج ،در بيان ماهيت و نحوه عمل و در نتيجه در تفسير و توجيه كشفيات بدست آمده و نظريه سازي نتوانستند راه روشني در پيش گيرند و نظريه ي درستي براي آنها بيان كنند وبه سوالات مطرح شده پاسخ قابل قبولي بدهند لذا با توجه به اين مسائل به پاره اي از سوالات اساسي كه در دانش فيزيك وجود دارد اشاره مي كنيم و پاسخ آنهارا با توجه به نظريه خود بيان مي كنيم

تلاش انیشتین برای وحدت نیروها
وقتى آلبرت اینشتین در اوایل دهه ۱۹۲۰ تلاش هایى را براى ارائه یک نظریه وحدت بخش در فیزیک آغاز کرد، اوضاع خیلى امیدوارکننده بود. نظریه هاى موجود- یعنى نسبیت و مکانیک کوآنتومى نوظهور- همانقدر پرسش تازه مطرح مى کردند که به آنها جواب مى دادند و به همین خاطر بیشتر فیزیکدان ها نیاز به یک چارچوب نظرى بزرگتر را احساس مى کردند. اولین ایده ها در این راه به چهره هایى مثل هرمان ویل، آرتور استنلى ادینگتون و تئودور کالوتزا مربوط بود که هر چند تلاش هایشان نیروها را متحد نکرد اما باعث شد نظریه پردازان با مفاهیم مفیدى مثل تقارن پیمانه اى و ابعاد اضافه آشنا شوند.

اینشتین سه سال بعد از ارائه و انتشار مجموعه اى از نظریه هاى وحدت بخش تنها مانده بود. بقیه دانشمندان رهیافت او را به بن بست رسیده مى دیدند، اظهارنظرى که میزان پیشرفت این شاخه از فیزیک بعد از مرگ او در ۱۹۵۵ نیز آن را تایید مى کند. در حالى که اینشتین مى خواست نظریه وحدت بخش را روى نسبیت عام بنا کند، اتفاقات بعدى نشان داد که مکانیک کوآنتومى بهترین نقطه شروع این راه است.

اواخر سال ۱۹۴۹ بود که اینشتین فرمول بندى نظریه وحدت بخش اش را منتشر کرد و دبیران مجله ساینتیفیک آمریکن بلافاصله از او خواستند تا یک نسخه عامه فهم تر از آن را هم تهیه کند. این مقاله که در شماره آوریل ۱۹۵۰ مجله به چاپ رسید، دو تا مانده به آخرین مقاله اى بود که او درباره یک موضوع علمى و به زبان ساده نوشت. اصل مطلب را اینشتین به صورت یک دست نویس شتابزده و بد خط به زبان آلمانى به مجله داد و چیزى که منتشر شد یک ترجمه تقریباً ویرایش نشده بود: متنى خشک و فنى که خواندنش اصلاً راحت و خوشایند نیست و هیچ اثرى از آزمایش هاى فکرى درخشان اینشتین- قطارها، پرتوهاى نور، آسانسورها- که نوشته هاى قبلى اش را جذاب و ساده فهم مى کرد در آن دیده نمى شود. توضیحات و توصیفاتش از جزئیات این نظریه وحدت بخش هم آنقدر گنگ و مبهم است که کسى تقریباً چیزى از آن نمى فهمد. دنیس فلاناگان، سردبیر آن موقع مجله یادآورى مى کند که: «مقاله از آن چیزهایى که معمولاً چاپ مى کردیم، بسیار دشوارتر و پیچیده تر بود و بنابراین چندین تغییر ویرایشى را به دکتر اینشتین پیشنهاد کردیم. اما او احساس مى کرد که متن باید بدون تغییر چاپ شود.»

مقاله به خوانش چندین باره نیاز دارد، به ویژه اگر خواننده به چشم مطلبى درباره فلسفه علم به آن نگاه کند تا علم. مجرد و انتزاعى بودن مقاله هر چند مانعى تقریباً غیرقابل عبور براى خواننده عادى به حساب مى آید، در واقع یکى از مهم ترین جنبه هاى آن است که از جابه جایى و تغییر اهداف کار اینشتین حکایت مى کند: علاقه تحقیقاتى اصلى او دیگر تلاش براى توضیح پدیده هاى مشاهده شده در طبیعت نبود. نظریه نسبیت عام گرانش را توضیح مى داد و معادلات ماکسول هم از پس دیگر نیروى مهم طبیعت یعنى الکترومغناطیس برمى آمد. اینشتین حالا دیگر تلاش مى کرد که این دو نظریه را با یکدیگر پیوند دهد.

به این ترتیب این ساختار محض و انتزاعى این نظریه ها بود که برایش اهمیت داشت. اینشتین در قسمتى از این مقاله مى گوید: «نیاز به نظریه هاى تازه در درجه اول آنجا مطرح مى شود که پدیده هاى جدید را نتوان با نظریه هاى موجود توضیح داد اما این انگیزه براى ساخت و ارائه نظریه هاى جدید بیش از حد بدیهى است. انگیزه دیگرى هم هست که اهمیتى لااقل برابر دارد و آن حرکت به سوى یکپارچگى و ساده سازى کل نظریه است.»

فیزیکدانان تا آن موقع میوه هاى نزدیک به زمین را چیده بودند (کارى که نتیجه اش قوانین براى توصیف تجربیات مستقیم بشر در رابطه با طبیعت بود) و بنابراین گام بعدى همین طور که اینشتین مى گوید، خواه ناخواه دشوارتر مى شد: «یکى از مزیت هاى مهم هر نظریه اى این است که مفاهیم اصلى و اصول بنیادى اش «به تجربه نزدیک» باشد. خطر اینکه چنین نظریه اى به کلى پرت و اشتباه از آب درآید، کمتر است؛ مخصوصاً به این دلیل که رد کردن یا نقض آن در هر مرحله اى به وسیله آزمایش، زمان و کوشش بسیار کمترى مى طلبد. با این حال هر چه دانش ما عمیق تر مى شود باید این مزیت را به نفع سادگى منطقى و یکپارچگى اصول یک نظریه فیزیکى کنار بگذاریم.»

این نکته ها حتى امروز هم وارد هستند. افراد زیادى شکایت مى کنند که نظریه ریسمان آنقدر از حیطه تجربه به دور افتاده است که دیگر نمى توان آن را علم خواند. اما در واقع هر نظریه اى که ارزش بنیادى نامیدن را داشته باشد، لااقل در ابتدا دور از دسترس به نظر مى آید. دیگر کسى نمى تواند چند مشاهده و آزمایش انجام بدهد و با رعایت مجموعه اى از قوانین یک توضیح برسد. باید ایده اى به ذهن تان برسد، آن را جلو ببرید و بسط بدهید و تازه آن موقع بفهمید که چطور باید به طریق تجربى امتحانش کرد. از این دیدگاه علم هم نوعى هنر است. اینشتین مى نویسد: «ایده نظرى جدا و مستقل از تجربه به ذهن نمى آید و البته با یک فرآیند کاملاً منطقى هم نمى شود از تجربه استخراجش کرد. چنین ایده اى حاصل یک عمل خلاقانه است.»

در نظریه هاى اینشتین جرقه خلاقانه، ایده تقارن بود. یک جسم متقارن حتى تحت مجموعه اى از تبدیل ها (انعکاس، چرخش، جابه جایى) یکسان باقى مى ماند. از نظر ریاضى یک تبدیل مثل این است که معادله مربوطه را در یک نرم افزار تایپ بنویسید و بعد عملیات جست وجو و جایگزینى را در آن انجام دهید. اگر معادله داراى نوع خاصى از تقارن باشد، عملیات جست وجو و جایگزینى هیچ اثرى روى آن نمى گذارد.مثال ساده اش معادل هذلولى است: xy=1 اگر در این معادله به جاى x، y و به جاى y،x بگذاریم معادله تغییرى نمى کند.این توصیف روش مجردى است براى گفتن اینکه دو بازوى هذلولى، تصویر آینه اى یکدیگر هستند. هدف اینشتین، رسیدن به معادلاتى بود که تا حد ممکن تحت تاثیر عملیات متعدد جست وجو و جایگزینى، یکسان باقى بمانند. ایده اصلى این است که هرچه معادلات متقارن تر باشند، پدیده هاى بیشترى را در خود جاى مى دهند.

مثلاً در مورد نسبیت خاص مى توان هر نمونه اى از x،y ، z وt (مختصاتى که فضا- زمان را مشخص مى کند) را تابع ریاضى خاصى از x، y، z و t جایگزین کرد و به همین دلیل هم به آن نسبیت خاص مى گویند این تقارن فضا را با زمان یکپارچه مى کند و براى محاسبه فاصله میان دو نقطه دیگر نمى توان از رابطه فیثاغورثى معمول که شامل x، y و z و است، استفاده کرد. حالا به یک نسخه چهار بعدى از این رابطه نیاز داریم که t را هم دربرگیرد. نسبیت عام دامنه عملیات جست وجو و جایگزینى هاى ممکن را گسترش مى دهد. یعنى به جاى یک تابع خاص از x، y، z و t تقریباً هر تابعى از این مولفه ها مجاز است براى اینکه معادلات فیزیک یکسان باقى بمانند، یک نیرو را باید وارد بازى کرد و این نیرو چیزى نیست جز گرانش. در این شرایط فاصله میان دو نقطه با قانونى به مراتب پیچیده تر از رابطه فیثاغورث- به نام متریک- محاسبه مى شود. متریک فضا را مى توان یک ماتریس عددى ۴*۴ نمایش داد.

یکسان بودن فاصله A تا B و B تا A ایجاب مى کند که این ماتریس حول قطر اصلى اش متقارن باشد و به این ترتیب ماتریس با ۱۰ عدد غیرتکرارى مشخص مى شود. استدلال اینشتین این بود که چرا بایدداستان همین جا خاتمه پیدا کند؟ چرا هر ماتریسى- نه فقط متقارن ها- را مجاز ندانیم؟ کافى است به ماتریس متقارن (با ۱۰ عدد غیرتکرارى) یک ماتریس پادمتقارن (با شش عدد غیرتکرارى) اضافه شود. اتفاقاً معادلات ماکسول را مى توان با یک ماتریس پاد متقارن نوشت و بنابراین طبیعى است که امیدوار باشیم این رهیافت، گرانش و الکترومغناطیس را یکپارچه کند.

اما متاسفانه همه چیز هاى طبیعى الزاماً درست از آب درنمى آیند. اینشتین در تلاش براى هماهنگى دو ماتریس به مشکل برخورد. مشکلى که برخلاف تصورش گذر او موضعى نبود و در یک ناهمگونى عمیق ریشه داشت. برخلاف شباهت هاى بیرونى گرانش و الکترومغناطیس بررسى ها نشان داد که این دو اساساً متفاوتند. غیر از این در طول سه دهه اى که اینشتین نظریه وحدت بخش را رواج مى داد، محققان نیروهاى جدیدى پیدا کردند که در این چارچوب نمى گنجید: نیروهاى هسته اى ضعیف و قوى.

الکترومغناطیس بیشتر از آنکه به گرانش نزدیک باشد، به این نیروها شباهت دارد هر چند که غریزه هاى اینشتین درباره تقارن درست بود، اما او داشت این ابزارهاى کارآمد را بر ورودى هاى نامناسب اعمال مى کرد. وى در بخشى از مقاله مورد نظر نوشته است: «هیچ دلیلى نمى بینم که فرض کنم ساختار نسبیت عام تنها به گرانش محدود باشد و با بقیه فیزیک جداگانه و به طریقى دیگر برخورد شود. کوچکى نسبى چیزى که امروز به عنوان اثرات گرانشى مى شناسیم، دلیل قانع کننده اى براى نادیده گرفتن نسبیت عام در بررسى هاى نظرى بنیاد فیزیک نیست.به عبارت دیگر به اعتقاد من پرسیدن این سئوال که «فیزیک بدون گرانش چه شکلى مى شد؟» اصلاً قابل توجیه نیست.»

اما تاریخ عکس این ماجرا را ثابت کرد. مکانیک کوآنتومى بدون نیاز به گرانش از پس توضیح الکترومغناطیس، نیروهاى هسته اى و ساختار ماده با دقتى چشمگیر برمى آید. گرانش در واقع آن تکه اى از فیزیک بود که یکپارچه کردنش با بقیه دشوارتر از همه از آب درآمد و فیزیکدان ها همچنان با آن دست و پنجه نرم مى کنند. اکنون گرانش نیز مثل اینشتین در سال هاى آخر عمرش تنها مانده است.

وحدت نیروها
آنچهاز نیروهای بنیادی عالم میدانیم به این قرار است که میتوان آنها را به چهار نیروی بنیادی دسته بندی کرد. این نیروها به ترتیب افزایش قدرتشان ، عبارتند از : گرانش ، برهم کنش ضعیف ، الکترومغناطیسی و برهمکنش قوی.

وحدت نیروها
مفاهیم نیروهای بنیادی:
سوای نیروی گرانشی ، تمام نیروهایی که ما در زندگی روزانه تجربه میکنیم با سختی ، کشسانی و خواص سطحی ماده سر و کار دارند. همه این خواص از برهمکنش الکترومغناطیسی ناشی میشوند.

برهم کنش قوی ، نیروی لازم برای نگه داشتن کوارکها در کنار یکدیگر و تشکیل پروتونها و نوترونها را ، و همچنین نیروهای لازم بین پروتونها و نوترونها را که باعث تشکیل هسته اتم میشود، فراهم میکند. واپاشی پرتوزای هستهها نیز به نوع کاملا متفاوت دیگری از برهمکنش ، موسوم به برهم کنش ضعیف ، مربوط میشود. هر چند از این دو برهمکنش تجربه مستقیم و روزمرهای نداریم ، با این همه ، بدون وجود آنها ما هم وجود نداشتیم.

این چهار نیروی شناخته شده بنیادی ، با وجود آن که توضیح دهنده تمام نیروها و واپاشیهای مشاهده شده هستند ، ممکن است تنها نیروهای بنیادی طبیعت نباشند. احتمال دارد نیروهای دیگری که فوق العاده ضعیف هستند نیز وجود داشته باشند که ما هنوز اثرات آنها را مشاهده نکردهایم.