اَبا اِباد

سازه‌های ماکارونی‌

عدم تقارن در تغییر مقیاس

یک لحظه تصور کنید که برای اهدای جایزه‌ی نوبل فیزیک، همانند المپیادهای علمی تعدادی فیزیکدان را توی یک اتاق می‌ریختند‌ و می‌گفتند شما نود دقیقه فرصت دارید که این سوالات را حل کنید و هرکس بالاترین نمره را بگیرد، او نوبل فیزیک امسال را می‌برد. واقعا خیلی طنز می‌شد. حال اینکه یک فیزیکدان چند‌ دهه از عمر خودش را روی یک موضوع متمرکز می‌شود تا به یک کشف بزرگ نائل گردد و آنوقت به پاس این تلاش‌ها، جایزه‌ی نوبل فیزیک به او اعطا می‌شود.

علم نیاز به یک تلاش مداوم و پیوسته دارد نه کارهای پرفشار لحظه‌ای و سطحی مثل مسابقات و المپیاد و کنکور و چیزهایی از این‌ دست. منظور اینکه معیار پیشرفت علمی یک کشور نباید و نمی‌تواند روی تعداد مدال‌های المپیاد جهانی و اینجور مسابقات گذاشته شود چه اگر رابطه‌ای بین این دو وجود داشت، ما اکنون باید جوایز نوبل علمی را درو می‌کردیم، چرا که دانش آموزان ما کلی مدال طلای المپیادهای علمی در سطح جهانی دارند. به این مسابقات در نهایت باید به عنوان تهییج و تشویق دانش آموزان و ورزش فکری آن‌ها نگاه کرد نه بیشتر.

اما یکی از این‌ مسابقاتی که چند سالی‌ست در مدارس و دانشگاه‌ها برگزار می‌شود و البته این یکی مهیج و جذاب نیز هست، مسابقه‌ی سازه‌های ماکارونی‌ست. شما می‌بینید دانش آموزان با چه هیجانی با تعدادی رشته‌ی ماکارونی و مقداری چسب، سازه‌های جالبی می‌سازند و‌ بعد یک وزنه‌ی سنگین را به آن آویزان می‌کنند و سازه آخ نمی‌گوید. این برای ذهن نوجوان خیلی جالب است که یک رشته‌ی باریک ماکارونی آنقدر ضعیف و شکننده است که یک نوزاد هم می‌تواند آن را بشکند، اما وقتی تعدادی رشته‌ی ماکارونی را طور خاصی کنار هم قرار می‌دهید، وزنه‌های‌ چندین کیلویی هم نمی‌تواند آن‌ها را در هم بشکند. بعد ذهن کنجکاو نوجوان می‌پرسد که چرا این سازه در هم نمی‌شکند؟

آنوقت خودش به این نتیجه می‌رسد که او با چسباندن ماکارونی‌ها به شکلی خاص، در واقع نیرو را در قسمت‌های‌ مختلف سازه پخش می‌کند و به خاطر متمرکز نشدن نیرو در یک نقطه است که سازه به‌ راحتی‌ نمی‌شکند. اما یک سوال. ما نگاه می‌کنیم که ابعاد این سازه مثلا پنجاه سانت در پنجاه سانت است و صد رشته‌ی ماکارونی ده گرمی و صد گرم چسب نیز در ساخت آن به کار رفته است و این سازه با این شکل خاص می‌تواند ده کیلوگرم وزن را تحمل کند. بعد‌ ما فکر می‌کنیم بالاخره این سازه باید به یک کاری بیاید. آیا اگر ما همه چیز این سازه را صد برابر کنیم، می‌توانیم سازه‌ای بسازیم که هزار کیلوگرم یا یک تن وزن را تحمل کند؟ یعنی ابعاد سازه را به پنجاه در پنجاه متر افزایش دهیم. به جای صد رشته‌ی ماکارونی معمولی، صد رشته‌ی ماکارونی با طول صد برابر ولی از همان جنس استفاده کنیم و به جای صد گرم چسب از صد برابر چسب یعنی ده کیلوگرم چسب استفاده کنیم. آیا چنین سازه‌ای اصلا می‌تواند حتی وزن خودش را تحمل کند؟

حتما تصدیق خواهید کرد که خیر نمی‌تواند. چرا نمی‌تواند؟ علت این مساله این است که مقاومت آن ماکارونی‌ها با صد برابر شدن ابعادشان، صدبرابر نمی‌شود و آنقدر کافی نیست که وزن یک تن را تحمل کند. اینجاست که می‌گوییم قوانین فیزیک نسبت به تغییر مقیاس تقارن یا symmetry ندارند. اگرچه قوانین فیزیک نسبت به خیلی پارامترها تقارن دارند. مثلا قوانین فیزیک نسبت به زمان تقارن دارند و با تغییر زمان تغییر نمی‌کنند. اما نسبت به مقیاس چنین تقارنی وجود ندارد. به همین خاطر نیز شما در طبیعت گنجشکی در ابعاد یک فیل پیدا نمی‌کنید، چنین گنجشکی نمی‌تواند پرواز کند.

– ابا اباد

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *