نظریه ریسمان چیستپیش زمینه برای درک بهتر نظریه ریسمان:
بنابر آنچه بینگ بنگ عنوان کرده است؛ ۴ نیروی بنیادی در طبیعت یافت می شود که شامل؛ گرانش، الکترومغناطیس، نیروهای هستهای قوی و نیروی هستهای ضعیف است. زمانی که این چهار نیرو کشف شدند تلاش زیادی صورت گرفت تا همه آنها را در یک نظریه واحد وارد کنند، در نهایت سه نیروی هستهای قوی، ضعیف و الکترومغناطیس در مکانیک کوانتوم گنجانده شدند اما گرانش نتوانست به این سه نیرو اضافه شود به عبارتی مکانیک کوانتوم و نسبیت را نمی‌توان در یک بسترِ واحد قرار داد، اما هدفی که انیشتین داشت یکی کردن تمام این چهار نیرو بود. انیشتین سال های زیادی را در مقابل فیزیک مکانیک مقاومت کرد و برخی معتقد بودند که این نظریه را قبول نداشته است.
دانشمندانی نظیر تئودور کالوزا برای یگانه سازی نیروها تلاش کردند که بیشتر نظریه های آنها مبتنی بر ابعاد بودند. با تصور کردن این ابعاد سوالاتی مطرح شد:
- ابعاد احتمالی کجا قرار دارند و چگونه می توان آنها را توصیف کرد؟
- می توان با واحد کردن نیروها کل کیهان را وصف کرد؟
سوالاتی که در بالا به آن اشاره شد از جمله مهمترین ها بودند که برای هر دانشمندی که به دنبال راه حلی جهت حل کردن مسئله واحد کردن نیروها بودند مطرح می شد. اسکارکلاین دانشمند سوئدی نخستین کسی بود که به سوال اول پاسخ داد. وی عنوان کرد: ابعاد اضافی قابل مشاهده نیستند و ابعاد اضافی، حلقه شده و بسیار کوچک هستند.
برای درک بهتر این موضوع شخصی را بالای ساختمان تصور کنید که یک خودروی پارک شده در بالای خیابان را به شکل یک نقطه تک بعدی می بیند ولی هر کسی که در آن خیابان قدم می زند می تواند طول، عرض و ارتفاع آن را ببیند.
بینگ بنگ و نظریه ریسمان نظریه ریسمان:
همانطور که اشاره شد تلاش های بسیاری در زمینه یکی کردن چهار نیروی بنیادی صورت گرفت به همین دلیل دانشمندان بسیاری علاوه بر تلاشی که در زمینه یکی کردن نیروها داشتند، ایده و نظریات جدید و جالبی را در طول شش دهه گذشته ارائه کردند. یکی از نویدبخش ترین نظریه هایی که دانشمندان ارائه کردند؛ «نظریه ریسمان» بود. این نظریه توانست به یک چالش بزرگ در فیزیک تبدیل شود و دو ستون فیزیکِ قرن بیستم یعنی نظریه نسبیت اینشتین و مکانیک کوانتومی را با همدیگر ادغام کند، در نهایت نظریه ریسمان یک چهارچوب جامعی بود که توانایی تبیین کل واقعیت فیزیکی را دارد.
سیبی که در دسترس دارید را مد نظر قرار دهید، این سیب از مواد مختلفی ساخته شده که اگر به صورت عمقی به آن نگاه کنیم و تا جایی که امکان دارد بزرگنمایی کنیم به مولکول های خواهیم رسید، البته این پایان ماجرا نخواهد بود در صورتی که بزرگنمایی را بیشتر کنید در نهایت اتم ها را می بینیم، اما این هم پایان ماجرا نیست زیرا در مرحله بعدی به الکترون‌ها و نوترون‌ها می‌رسید.
هسته نیز خودش از پروتون و نوترون ساخته شده است. اگر فکر می کنید به انتهای ماجرا رسیده اید سخت در اشتباهید زیرا اگر یکی از این ذرات را بردارید و بزرگنمایی کنید به ذرات کوچک تری می رسید که به آنها کوارک می گویند. در همین نقطه به نظریه ریسمان می رسید؛ به این شکل که می گویند چیزی هم داخل این ذرات بسیار کوچک وجود دارد، برخلاف نظریه های دیگر که می گویند داخل کوارک ها دیگر هیچ چیزی وجود ندراد، نظریه ریسمان عنوان می کند، یک رشته کوچک شبیه به ریسمان وجود دارد که از انرژی سخته شده است.
این ریسمان شبیه به سیم های ویولن است، زمانی که سیم یا ریسمان برمی دارید شروع به ارتعاش می کند و یک ارتغاش مانند یک نوت موسیقی کوچک تولید می شود، اما ریسمان های ریز در این نظریه نت موسیقی تولید نمی کنند اما زمانی که به ارتعاش در می آیند توانایی تولید ذرات را دارند و هر ارتعاش مساوی ذرات مختلف است.
بنابراین کوارک ها ریسمانی هستند که الگوی خاصی از ارتعاش تولید می کنند. در این میان الکترون نیز یک ریسمان است و الگویی متفاوت از ارتعاش را دارا می باشد، زمانی که تمامی این ذرات کنار همدیگر قرار بگیرند شیء مورد نظر را می سازد مثلا سیبی که در دست دارید چیزی جز اجتماعی از چند ارتعاش ریسمانی نیست. باید اشاره کرد نظریه ریسمان هنوز به اثبات نرسیده اما اگر درست باشد. نتیجه ای که می توان گرفت این است که جهان هستی یک سمفونیِ کیهانی از ریسمان ها است که درحال رقص و ارتعاش هستند.
نظریه ریسمان؛ سمفونی جهانیعناصر اصلی نظریه ریسمان:
ابعاد بیشتر:
نظریه ریسمان در حال حاضر یک ایده ساده است و هیچ مدرک مستقیمی برای اثبات آن وجود ندارد، بر اساس اینکه این نظریه توصیف درستی از طبیعت ارائه نمی دهد؛ اما این شرط را مطرح می کند که می تواند ابعاد بیشتر جهان را توصیف کنیم. در حال حاضر ما در جهانی سه بعدی زندگی می کنیم اما نظریه ریسمان از شش بعد خبر می دهد، به اضافۀ چهار بعد رایج صحبت می‌کند.
نظریه ریسمان؛ ابعاد بیشترابر تقارن:
در جهانی هستی دو دستۀ اصلی از ذرات بنیادی وجود دارد، طبق نظریه ریسمان رابطه ای میان این دو ذره وجود دارد که به آنها ابرتقارن گفته می شود و بر اساس این نوع از تقارن ، بوزون باید در ازای هر فرمیون و بالعکس وجود داشته باشد. این اصل در بیرون از نظریه ریسمان کشف شد. با این حال ادغام این نظریه با نظریه ریسمان برخی عبارات در معادلات کنار گذاشته شوند و منطقی به نظر آیند.
اگر این اصل نباشد معادلات نظریه ریسمان به ناهمخوانیِ فیزیکی منتهی می شوند، مثل سطح انرژی خیالی و مقادیر بی‌نهایت. به عبارتی می توان گفت نظریه ی جدیدی که در اثر ترکیب با ابرتقارن ایجاد شد به نام نظریه ابرریسمان نظریه ی بهتری ایجاد کرد.
فیزیکدان ها بر این امید هستند که آزمایشات صورت گرفته با استفاده از شتاب‌دهنده ذرات و مشاهدات آنها در اختر شناسی در نهایت بتواند از وجود چند ذره ابرمتقارن پرده برداری کند و از چارچوب نظریِ نظریه ریسمان پشتیبانی کند.
نظریه ریسمان؛ ابرتقارناتحاد نیروها:
آنچه در فیزیک مدرن آمده است تحت عنوان دو قانون کاملا متفاوت می باشد که شامل؛ نسبیت عام و مکانیک کوانتومی هستند. آنچه نظریه عام مطالعه می کند اجرام بزرگ در مقیاس؛ سیاره‌ها، کهکشان‌ها و کیهان است اما مکانیک کوانتوم در مورد اجسام کوچک طبیعت می پردازد به طوری که کوچکترین سطح مورد مطالعه این بخش به سطح انرژی اتم‌ها و ذرات ریزاتمی برمی گردد. چگونگی تاثیر گرانش بر ذرات کوچک مسئله ای است که هنوز به خوبی درک نشده است. نظریه‌های گرانش کوانتومی در واقع نظریه‌هایی هستند که به دنبال توصیف گرانش بر اساس اصول مکانیک کوانتومی اند و یکی از امیددهنده ترین آنها را می توان نظریه ریسمان دانست.
ریسمان‌های باز و بسته:
ریسمان هایی که در نظریه ریسمان مدنظر هستند دو نوع می باشند: ریسمان‌های باز و ریسمان‌های بسته. در مورد ریسمان های باز باید گفت به دلیل باز بودن دوسر آنها می توانند به یکدیگر ملحق شوند و یک حلقه بسته تشکیل دهند، یا اینکه چند ریسمان از انتها به همدیگر وصل شوند و یک ریسکان جدید شکل دهند، نام این گونه ریسمان ها نوع یک است که می توانند وارد ۵ نوع برهمکنش اصلی شوند. این برهمکنش ها بستگی به قابلیت های ریسمان دارند که آیا می توانند در انتها به هم ملحق شوند یا از یکدیگر جدا شوند. طبق باوری که دانشمدان دارند ریسمان‌های بسته ویژگی‌های خاصی دارند و توانایی توصیف گرانش را در مکانیک کوانتومی دارند.
ریسمان های باز و بسته؛ نظریه ریسماننظریه M :
دانشمندان با گذشت زمان به نسخه متفاوت از نظریه اَبَرریسمان دست یافتند: نسخه‌های نوع ۱، نوع IIA، نوع IIB و دو نسخۀ نظریه ریسمان هتروتیک. اما «ادوارد ویتن» یک فیزیکدان نظری آمریکایی در سال ۱۹۹۵، همۀ این نظریه‌ها را در یک نظریه ۱۱ بُعدی به موسوم به نظریه M ترکیب کرد. این نظریه شاید چارچوبی باشد برای ارائه نظریه متحدی که همۀ نیروهای اساسی در طبیعت را متحد سازد.
گردآوری: بخش علمی سرپوش
- 9
- 2
