به سوی آزمایشهای فیزیک بنیادی اما ارزان بر روی یک میز- یک مثال

در مورد ثابت بودن سرعت نور در جهتهای مختلف آزمایش‌های زیادی شده است اما تا کنون تمام این آزمایشها در مورد اندازه‌گیری‌ی آزمایشگاهی سرعت نور بر سطوح ثابت پتانسیل گرانشی‌ی زمین بوده است. البته داده‌های ماهواره‌های  جی‌پی‌اس با دقت یک در صدمیلیون  به ما می‌گوید سرعت نور در راستاهای مختلف باید یکسان باشد. 

اما امروز ما چارچوبی را داریم که در این چارچوب سرعت نور به خاطر حضور زمین می‌تواند ناهمسانگرد باشد. فضا-زمان فینسلر در تعریفهایی که طول فینسلر تحت پاریته روی مسیر ناوردا نیست چنین خصوصیتی به نمایش می‌گذارند. فضا-زمان فینسلر پیچیده است. به این مفهوم که نمی‌توان خیلی راحت مدل پدیده شناسی‌ی جالبی از این فضا به دست آورد.

در فضای مینکوفسکی یک مدل پدیده‌شناسانه‌ی جالب داریم. این مدل تمام پارامترهای که تفارن لورنتس را در فضا-زمان لورنتس می‌شکاند به مدل استاندارد ذرات اضافه می‌کند. بعد از خودش می‌پرسد ما با چه دقتی می‌دانیم هر کدام از این جملات صفر هستند. در مدل گسترش یافته‌ی SME تنها شکست تقارن لورنتس در فضا-زمان مینکوفسکی مطالعه می‌شود. از سال ۱۹۹۸ تا کنون بیش از هزار مقاله در این مورد نوشته شده است. در این مدل زیبا هم ما نمی‌توانیم از خودمان بپرسیم حضور زمین چگونه سرعت نور در اطراف زمین را دست می‌زند و داده‌های تجربی را به قیدهای روی این دست زدن تبدیل کنیم. اما می‌توان گسترش ساده‌ای از این مدل داد که سرعت نور در راستاهای مختلف به خاطر حضور زمین تغییر کند.

بخش نور مدل SME  را در نظر بگیرید. لاگرانژین نور برای این مدل عبارت است 

تانسور k شکست تقارن لورنتس در فضا-زمان مینکوفسکی کدبندی می‌کند. برای مطالعه‌ی قیدهای مختلف روی مولفه‌های این تانسور می‌توانید این مقاله‌ام را نگاه کنید.

اما فضا-زمان اطراف زمین فضا-زمان مینکوفسکی نیست. به خاطر حضور زمین این فضا-زمان تغییر پیدا کرده است. یکی از ساده‌ترین راه‌های گسترش مدل SME به فضا-زمان خمیده این است که فرض کنیم تانسور k یک تابعی از تانسور خمش ریمان و مشتقات هم‌وردای آن است یعنی :

این مدل کماکان خیلی پیچیده است. بهتر است مدلی ساده‌تر از آن در نظر گرفت. یک تابعیت خاص که فضای فاز را کوچک می‌کند در نظر گرفت. ساده‌ترین مدل غیر بدیهی در هندسه‌ی اطراف زمین  عبارت می‌شود از 

که در آن L  یک پارامتر طول است که طبیعت انتخاب کرده است طول مشخصه‌ای از طبیعت است. alpha_n یک مشت ضرایت بدون بعد هستند که باز طبیعت انتخاب کرده است. ما باید از خودمان بپرسیم پارامتر طول چقدر است و این ضرایب بی‌بعد چقدر هستند؟ 

سادهترین پارامتر طولی که وجود دارد و با توجه به خمش زمین چیزی معنی دار به ما می‌دهد پارامتر طولی است که شتاب بحرانی‌ی نظریه‌های موند و ثابت نور ساخته می‌شود. طولی که به این روش به دست می‌اید از مرتبه‌ی ابعاد جهان هست. 

اگر به دنبال پدیده‌های دوشکستی‌ی نور چشمه‌های بسیار دور از زمین بگردیم به خاطر بسیار دور بودن این چشمه از زمین قیدهای این داده‌ها به صورت شعاع زمین تقسیم بر ثابت طول نظریه ( L)  ضعیف می‌گردد. قیدهایی که نبود پدیده‌ی دو شکستی روی سرعت نور می‌دهد تعداد از مولفه‌های تانسور k را در مدل SME کوچکتر از ده به توان منفی‌ی سی و دو می‌کند. در مدل گسترش یافته‌ای که در بالا ارایه شد این قید با ضریب ده به توان منفی بیست ضعیف می‌گردد. یعنی  داده‌های خوبی روی نظریه به ما نمی‌دهد.

اما ما می‌توانیم با استفاده از تداخل‌سنجی و تشدیدگرهای اپتیکی ضرایب مدل گسترش یافته را روی زمین با دقت ده به توان منفی‌ی هفده اندازه بگیریم. این ضرایب در راستای  سطوح هم پتانسیل زمین اندازه گرفته شده اند. توصیه می‌شود این ضرایب در راستای عمود بر سطوح هم پتانسیل هم در نظر گرفته شود. ضرایب پاریته فرد در راستای عمود بر سطوح هم پتانسیل را می‌توان با تداخلسنجی تریمر یا تشدیدگر حلقوی اندازه گرفت. ضرایب پاریته زوج را باید با تداخل سنج مایکلسون مورلی یا دو تشدیدگر فابری-پرو اندازه گرفت. در راستای عمود بر سطح زمین تغییرات در هندسه‌ی تداخلسنج باعث می شود ما یک خطای سیستماتیک بزرگ برای ضرایب پاریته زوج داشته باشیم. اما ضرایب پاریته فرد که از فرکانس ضربان مدهای تشدیدی راستگرد و چپگرد در یک تشدیدگر به دست می‌اید نسبت به تغییرات هندسه‌ی تشدیدگر غیر حساس است. دقت کنید امکان بهبود قیدهای آزمایشگاهی بر روی این ضرایب در ایران وجود دارد. ما در ایران به دقت ده به توان منفی‌ی هفده نخواهیم رسید اما به دقت ده به توان منفی‌ی هفت خواهیم رسید. این دقت را اکنون در آزمایشگاههای اپتیکمان داریم. به این علت به دقت بسیار بهتر و روز دنیا نخواهیم رسید برای آن که ساخت تشدیدگری که با این دقت کار کند تا حدودی به  معنی ی ساخت ژیرسکوپ لیزری است که هدایت یک موشک را از این سمت زمین تا آن سمت زمین با دقت سانتی متر در انتها بر عهده بگیرد. به هر حال دقت فعلی ده به توان منفی هفت  کماکان بهترین قیدها را بر روی بخش بزرگی از فضای فاز مدل SME گسترش یافته‌ای که بالا بیان شد ارایه می‌دهد. در بخشی از فضای فاز این دقت از دقت ماهوراه‌های جی‌پی اس هم بهتر خواهد شد. اما یک مشکل ساده این جا هست.

متاسفانه بیشتر گروههای آزمایشگاهی در ایران باور ندارند که می‌توانند آزمایشی برای اندازه گیری فیزیک بنیادی انجام دهند. تعدادی از نظریه‌پردازان نیز بر این باور مهر تایید می‌زنند. درست است ما ذره ی هیگز را نمی‌توانیم در ایران تولید کنیم و ببینیم اش اما این به این معنی نیست که دیدن ذره‌ی هیگز تنها المانی از طبیعت هست که مانده است تا دیده شود و هیچ امری دیگر در فیزیک بنیادی نیست.   بیشتر دانش اموختهگان  ایرانی فیزیک را تعدادی از نظریه‌هایی که در کتابها خوانده‌اند می‌دانند. یاد نگرفته‌اند و نیاموخته‌اند فیزیک آنچه است که مشاهده شده است. تفاوت بین نظریه و آن چه مشاهده شده است را خوب یاد نگرفته اند و هیچ تلاشی نمی‌خواهند بکنند تا طبیعت را در آنجا که هنوز دیده نشده است مشاهده کنند. در حقیقت اینان نه مکانیک کوانتمی را خوب بلد هستند و نه نسبیت عام و خاص را. نظریه هایش را هم خوب بلد نیستند و گرنه می دانستند کدام قسمت از آن چه که در موردش سخن می‌گویند نظریه است و کدام قسمتش مشاهده.  راستش تنها گروههای مذهبی وابسته به بنیادگراها به اعتماد به نفس لازم در ایران رسیده‌اند. بیشتر گروههای دیگر که وجود دارد رفتاری دلقک مابانه دارند.

من علاقه‌ای ندارم ایده‌های آزمایشگاهی‌ام را به گروههای آزمایشگاهی که نمی‌شناسم بگویم. دست کم تا کنون دو مثال ایده دزدی  و بعد انجام آزمایشم بدون هیچ اشاره‌ای به خودم را توسط آزمایشگاههای خوب دارم.  ترجیح می‌دهم ایده‌ها و گسترش آنها را وبلاگم بگویم به جای آنکه با دانشپیشه‌های که اصلا نمی‌شناسم در میان بگذارم.