چرا فیزیک LHC به بازی ویدئویی شبیه است؟

فریدا بلکمن، پروفسور فیزیک ریجی بروسل در بلژیک، برای زمان‌ها‌یی که Starcraft بازی می‌کند، یک صندلی به‌خصوص دارد. او می‌گوید:

این یک صندلی به‌خصوص است. من دوست‌ دارم که همه چیز خوب به‌نظر‌ برسد.

بلکمن در آزمایش CMS در شتاب‌دهنده‌ی بزرگ هادرونی کار می‌کند. او بازی‌کردن را در اوایل دهه‌ی هشتاد شروع‌کرد و تا‌به‌حال آن را متوقف نکرده‌ است. بلکمن عاشق کشف جهان‌ها‌ی تازه، حل معما‌ها و کار تیمی تا رسیدن به یک نتیجه است. همین علاقه‌ها باعث‌ شد او به‌سمت فیزیک کشیده شود.

بلکمن گفت:

احساسی که هنگام مطالعه و شبیه‌سازی فیزیک دارید، بسیار به احساسی که هنگام بازی‌کردن دارید شبیه است.

اما علاوه‌بر احساسات مشابهی که فیزیکدان‌ها و بازی‌کننده‌ها درک می‌کنند، بازی و فیزیک، شباهت‌ها‌ی بیش‌تری با یکدیگر دارند. بلکمن گفت:

باید تنظیمات ذهنی خاصی داشته‌باشید. اگر راه‌ها‌ی دسترسی به یک مسئله را از زوایا‌ی مختلف بررسی نکنید، به این زودی به حل آن نیز نخواهید‌ رسید.

در این جا سه راه برای پیروز‌شدن در  مسائل زیر اتمی و همین‌طور زندگی در سرزمین‌ها‌ی مجازی ارائه‌شده‌ است:

۱- پدیده های تصادفی را درک کنید

اگر به‌کار‌بردن چوب جادو هر‌بار نتیجه‌ی یکسانی داشت، کشتن اژدها کار ساده‌ای بود. و اگر بازیکن‌ها می‌توانستند قبل از گشودن گنجینه‌ها‌یی که به‌دست آورده‌اند، پیش‌بینی‌کنند که در آن‌ها چه چیزی پنهان است، دیگر عناصر شانس و غافلگیر‌ی را از دست می‌دهند. دقیقا به‌همین دلیل است که شرکت‌ها‌ی بازی‌سازی معمولا سطحی از اتفاقات تصادفی را در بازی‌ها قرار می‌دهند.

این اتفاقات تصادفی در فیزیک ذرات نیز زیاد است. زمانی‌که دو پروتون در برخورددهنده‌ی بزرگ هادرونی (LHC) با یکدیگر برخورد می‌کنند، میلیارد‌ها احتمال برای نتیجه‌ی این برخورد وجود‌دارد. انرژی حاصل از برخورد دو ذره می‌تواند مستقیما به ذرات دیگر تبدیل‌شود. قبل از اینکه برخورد انجام‌شود، دانشمندان نمی‌دانند که تعداد کمی ذره تولید خواهد‌شد که همه‌ی آن‌ها را می‌شناسند و در مورد آن‌ها اطلاعات‌دارند، یا نتیجه‌ی بسیار گران‌بهایی خواهند‌ گرفت. نتیجه‌ای مانند تولید بوزون هیگز یا حتی ذره‌ای کاملا جدید.

بلکمن گفت:

در هر‌دو زمینه‌ی فیزیک و بازی، احتمالات تصادفی وجود‌ دارند و اتفاق استثنا‌یی می‌تواند بیفتد. همیشه این احتمال وجود دارد که عملکرد شما نتیجه‌ای بهتر از میانگین داشته باشد.

در‌حالی‌که فیزیکدان‌ها دقیقا نمی‌دانند چه‌ چیزی قرار است از یک برخورد حاصل‌ شود؛ اما می‌توانند با تسلط پیدا‌کردن بر این فرایند، احتمال‌ها‌ی ممکن را به‌دست‌ آوردند.

دانشمندان از آزمایش‌ها‌ی خود، نسخه‌ها‌ی کاملا مجازی به‌نام شبیه‌سازی مونت‌کارلو ساخته‌اند که با استفاده از آن‌ها می‌توانند قوانین فیزیک را دور‌ بزنند. آن‌ها با استفاده از احتمالات ممکن طبق پارامتر‌ها‌ی متغیر در دسترس می‌توانند تا‌حدودی از تعداد جواب‌ها‌ی ممکن برای یک آزمایش کم‌ کنند. فیزیکدانان می‌توانند با پذیرفتن این احتمالات و پدیده‌ها‌ی تصادفی شانس دستیابی به یک کشف جدید را افزایش‌ دهند.

۲- قوانین جهان را وضع‌کنید

بازی‌ها ممکن است همیشه از قوانین فیزیک کلاسیک پیروی‌ نکنند. البته در جهان زیر‌اتمی نیز وضعیت به‌همین شکل است. چرا که جهان زیر‌اتمی از قوانین فیزیک کلاسیک پیروی نمی‌کند و قوانین جدا‌گانه‌ای به‌نام مکانیک کوانتومی برای خود دارد.

بلکمن گفت:

مکانیک کوانتومی، بسیار از تجربه‌ها‌ی زندگی روزمره‌ی ما دور است و با آن تفاوت‌ دارد. اما زمانی‌که وارد این جهان کوانتومی شوید، مشاهده می‌کنید که قوانین بسیار سازگار و محکمی هستند. فقط باید به جهان خرد‌مقیاس عادت‌کنید که این جهان سناریو‌ی خودش را دارد.

برای اینکه فیزیکدان خوبی شوید، باید از درک کلاسیکی جهان خارج و به جهان تازه‌ای وارد‌ شوید که در آن فضا ـ زمان کشسان است و ذرات شبیه موج رفتار می‌کنند. با اینکه این قوانین عجیب هستند؛ اما در‌عین‌حال از سازگاری خوبی برخوردار هستند؛ به‌این معنی که دانشمندان از این قوانین برای انجام محاسبات دقیق و پیش‌بینی وقایع استفاده می‌کنند.

بازی‌ها‌ی خوب حتی اگر هم از واقعیت دور باشند، باز‌هم به یک جهان یکپارچه نیاز‌ دارند. بلکمن گفت:

این همان ویژگی بازی‌ها است که من واقعا آن را دوست‌ دارم. در یک بازی اگر جهانی که طراحی‌ شده، سازگار و استوار باشد، دیگر مهم نیست که تا چه اندازه این جهان از واقعیت دور است.

۳- به جزئیات اهمیت دهید

یک تغییر جزئی در بازی می‌تواند همه‌چیز را تغییر‌ دهد. برای مثال زمانی‌که گروه ورزشی EA شکل گوی هاکی مجازی خود را از کره به استوانه تغییر‌ داد، همه‌چیز حتی نحوه‌ی حرکت آن روی یخ به‌صورت نمایشی تغییر‌ کرد و این موضوع، نحوه‌ی واکنش بازیکن‌ها هنگام بازی را نیز تغییر‌ داد. (بر‌حسب اتفاق، این تغییر کوچک به‌دست یکی از فیزیکدان‌ها‌ی قبلی ATLAS که دوست خوب بلکمن نیز بوده، اعمال شده است.)

جزئیات بسیار دقیق و ریز می‌توانند تفاوت بسیار زیادی در تحلیل‌ها‌ی فیزیکی ایجاد‌کنند. بلکمن گفت:

همه‌چیز می‌تواند به رفتار همیشگی خود ادامه‌دهد اما زمانی‌که تغییری جزئی همچون افزودن ذره‌ای تازه ایجاد کنید. همه‌چیز به‌صورت بالقوه می‌تواند تغییر کند. یک تصحیح کوچک، یک جریان بزرگ پایین‌رونده ایجاد می‌کند.

بلکمن همچنان در تلاش است تا راهی برای بهبود تحلیل‌هایش و افزایش دقت پردازش‌ها پیدا‌کند؛ چرا که او می‌داند زمانی‌که فیزیک جدیدی پیدا‌ شود، از دل جزئیات بیرون خواهد .