فرض کنید یک توپ را مانند تصویر زیر روی سطحی گنبدی شکل قرار دهیم. همینکه دستمان را از روی توپ برداریم، توپ از یک طرف گنبد قِل میخورد و از گنبد پایین آمده و جایی در اطراف گنبد متوقف میشود. توپ با این سقوط و توقف در جایی دور گنبد، به پایینترین سطح انرژی (#energylevel) که میتوانسته در آن قرار بگیرد، قرار گرفته است و حالا دیگر در جایی ساکن شده و از بودن در پایینترین سطح انرژی لذت میبرد. توپ زمانی که روی نوک گنبد بود، میزانی انرژی به صورت انرژی پتانسیل (ارتفاع گنبد) داشت، وقتی شما رهایش کردید، شروع به حرکت کرد و انرژی پتانسیل آن به انرژی جنبشی تبدیل شد و بعد در پایین گنبد، همان انرژی جنبشی (ناشی از حرکت) را به صورت اصطکاک از دست داد و جایی متوقف شد. خب تا اینجای کار، ما با سوال خاصی مواجه نیستیم و فقط با تبدیل انرژی از شکلی به شکل دیگر مواجه بودیم. یک ذهن کنجکاو پیدا میشود و میپرسد که
چرا توپ از این مسیر سقوط کرد؟
زمانی که توپ ابتدا در بالای گنبد بود، در یک وضعیت تقارن (#symmetry) نسبت به تمام مسیرها قرار داشت. برای توپ فرقی نمیکرد که از سمت شمال گنبد سقوط کند یا از سمت جنوب آن یا شرق یا غرب یا هر مسیر دیگری. فرض کنید توپ در ابتدا دقیقا روی نقطهی بالا و وسط گنبد بود و ما نیز دستمان را دقیقا از نقطهی وسط برمیداشتیم، به گونهای که به توپ هیچ نیرویی وارد نشود که بعد کسی بگوید تو توپ را به این سمت هل دادی و توپ به این خاطر، این مسیر را برای سقوط انتخاب کرد. حتی اگر ما دستمان را به آرامی برداریم، باز هم توپ یک مسیر را انتخاب میکند و سقوط میکند.
این مساله، مثال سادهای از یک پدیدهی مهم در فیزیک مدرن، تحت عنوان شکست خودبخودی تقارن (Spontaneous Symmetry Breaking) است که نقش بسیار مهمی در فیزیک مدرن داشته است.
این شکستن خودبخودی تقارن، آنقدر در بخشهای مختلف فیزیک از جمله اخترفیزیک و فیزیک ذرات، حائز اهمیت بوده است که در سال ۲۰۰۸، سه فیزیکدان ژاپنی، از بابت به کارگیری آن در حوزهی فیزیک ذرات، موفق شدند جایزهی نوبل فیزیک را دریافت کنند. در واقعا ما همگی محصول شکستن خودبخود این تقارن هستیم. زمانی که در ۱۳/۸ میلیارد سال قبل، بیگ بنگ رخ داد، میزان ماده و پادماده در یک تقارن و یک نسبت برابر قرار داشت. اما ما میدانیم که هرگاه ماده و پادماده به هم برسند، طی واکنش نابودی (#annihilation) به انرژی تبدیل میشوند. اما اگر قرار بود میزان ماده و پادماده در یک تقارن کامل باشد، ما اکنون تنها به صورت انرژی بودیم. اما میبینیم که ما اکنون به صورت ماده وجود داریم. پس جهان چگونه از خطر این واکنش در امان ماند؟ یک انحراف بسیار جزئی از تقارن کامل (یک ذرهی مادهی اضافی در هر ده میلیارد ذره) توانست جهان را از آن واکنش نجات دهد. این انحراف جزئی، به وسیلهی همین پدیدهی شکست خودبخودی تقارن، صورت گرفت.
– اَبا اِباد