نظریه‌ ریسمان

نظریه‌ ریسمان یکی از پیچیده‌ترین نظریه‌های فیزیک است که با هدف ایجاد وحدت و هماهنگی میان نیرو‌ها‌ی طبیعت و فرمول‌بندی همه‌ی قوانین طبیعت در یک نظریه‌ی واحد طراحی شده است.

۴ نیروی شناخته شده در جهان عبارتند از:

• گرانش
• الکترومغناطیس
• هسته‌ای قوی
• هسته‌ای ضعیف

نظریه‌ ریسمان (String Theory) یعنی به‌ جای چهار نیروی بنیادی مستقل، یعنی هسته‌ای قوی، نیروی هسته‌ای ضعیف، نیروی الکترومغناطیس و نیروی گرانشی، یک نظریه واحد به‌ وجود آمده است که همه‌ی آن‌ها را در بر می‌گیرد. برای دهه‌ها، دانشمندان نظریه‌های مختلفی پیرامون آنچه در ورای بعد سوم است ارائه می‌کردند و سعی داشتند نظریه‌ای واحد ارائه کنند تا همه‌ی فعالیت‌های ممکن در جهان توجیه ‌پذیر باشد. در طول ۱۰۰ سال گذشته و بیشتر، عده‌ی زیادی درصدد این کار برآمدند اما گویی امری ناممکن بود؛ سرانجام نظریه‌ی ابر ریسمان یا ریسمان، پاسخ به چنین ابهاماتی را ممکن کرد.

نظریه‌ ریسمان در تلاش است تا ایده‌های انیشتین در نظریه‌ی نسبیت عام را با مکانیک کوانتوم پیوند بزند تا بدین طریق بتواند نظریه‌ی کوانتوم را در گرانش به کار ببندد. در حقیقت نظریه‌ ریسمان پلی است میان قوانین حاکم بر فضا-زمان و مکانیک کوانتوم که در مجموع چهار قانون حاکم بر طبیعت را متحد کرده است.

نظریه ریسمان میگوید هرآنچه وجود دارد از رشته هایی تک بعدی بنام ریسمان ساخته شده اند که قادرند در فرکانس های متفاوت به نوسان بپردازندکه هرفرکانس خاص موجب به وجود آمدن یک ذره خاص میشود! خالی از لطف نیست که بدانید این نظریه فقط یک نظریه ریاضی است و تا کنون شواهدی که این نظریه را ثابت کند یافت نشده است.

در نظریه ریسمان،برخلاف تئوری جهانهای متعدد، این جهان ها می توانند با یکدیگر تماس پیدا کنند و زمانی که با هم تعامل پیدا کردند، اتفاقی نظیر بیگ بنگ که باعث شکل گیری این جهان شد، رخ خواهد داد.

همچنین بخوانید: دانلود کتاب چالش برانگیز جهانی از عدم

ایده اصلی نظریه ریسمان

هر چیزی که اطراف‌تان وجود دارد را بردارید. فرض کنیم یک سیب از روی میز برداشتید. سیب از چه چیزی ساخته شده؟ خب برای پاسخگویی به این پرسش باید نگاه عمقی‌تری به آن بیندازید. اگر آن را تا جای ممکن بزرگنمایی کنید، دیر یا زود مولکول‌ها را مشاهده خواهید کرد. اما این پایان ماجرا نیست؛ اگر بیشتر آن را بزرگنمایی کنید، نهایتا اتم‌ها را نیز خواهید دید. اتم‌ها نیز پایان ماجرا نیستند زیرا اگر بیشتر زوم کنید، به الکترون‌ها و نوترون‌ها می‌رسید. هسته نیز خودش از پروتون و نوترون ساخته شده است.

اگر یکی از این ذرات را بردارید (مثلاً یک نوترون) و آن را بزرگنمایی کنید، به ذرات کوچکتری تحت عنوان کوارک‌ها می‌رسید. اینجاست که ایدۀ جنجالی “نظریه ریسمان” وارد می‌شود؛ یعنی چیز دیگری درون این ذرات کوچک وجود دارد. بر اساس این ایده، هیچ چیزی درون کوارک‌ها وجود ندارد، اما نظریه ریسمان می‌گوید که یک رشته کوچک ریسمان‌مانند از انرژی درون آن خواهید یافت که به سیم‌های ویولن شباهت دارند. وقتی سیم یا ریسمان را بردارید، شروع به ارتعاش کرده و نوت موسیقی کوچکی ایجاد می‌کند. با این حال، ریسمان‌های ریز در نظریه ریسمان به تولید نوت موسیقی نمی‌پردازند. در عوض، زمانی که ارتعاش می‌کنند، ذرات را پدید می‌آورند. هر ارتعاش به مثابه ذرات مختلف است.

تصویری از یک ریسمان در حال ارتعاش

بنابراین، کوارک همان ریسمانی است که در الگویی خاص ارتعاش می‌کند؛ الکترون نیز بعنوان ِ ریسمانی در نظر گرفته شده که در الگویی متفاوت ارتعاش می‌کند. پس اگر همۀ این ذرات را کنار هم قرار دهید، می‌بینید که سیب چیزی به جز چند ارتعاش در ریسمان نیست. اگر نظریه ریسمان درست باشد (هنوز به اثبات نرسیده است)، به این نتیجه می‌رسیم همه چیز در جهان چیزی به جز سمفونیِ کیهانی از ریسمان نیست که مشغول رقص و ارتعاش‌اند.

کاشف نظریه ریسمان

نظریه ریسمان از یک برنامه تحقیقاتی به نام «نظریه S-ماتریس» سرچشمه می‌گیرد که ورنر هایزنبرگ آن را در سال ۱۹۴۳ آغاز کرد. هدف اصلی این برنامه، جایگذاری نظریه میدان کوانتومی محلی بعنوان اصل اساسیِ فیزیک ذرات بنیادی بود. شتاب‌دهنده‌های ذرات در دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ میلادی هادرون‌ها را به وفور تولید کردند. فیزیکدان‌ها مدل‌های بسیار متفاوتی برای توصیف الگوی اسپین و جرم این ذرات معرفی کردند؛ ذراتی که برهم‌کنش قوی با یکدیگر دارند.

یک فیزیکدان نظری ایتالیایی به نام گابریل ونزیانو نقش مهمی در ساخت این مدل‌های اولیه ایفا کرد. او بنیانِ نظریه ریسمان را در سال ۱۹۶۸ پی‌ریزی کرد، یعنی زمانی کشف کرد ریسمان‌های ریز می‌توانند برهم‌کنش هادرون‌ها را تبیین کنند. او در سال ۱۹۹۱ مقاله‌ای منتشر کرد که چگونگی کسب یک مدل کیهان‌شناسی تورمی را از نظریه ریسمان نشان می‌داد. امروز تلاش تعداد زیادی از محققان باعث شده تا نظریه ریسمان به موضوع گسترده‌ای تبدیل شود و با ریاضی محض، کیهان‌شناسی، فیزیک ماده و گرانش کوانتومی پیوند داشته باشد. البته نظریه ریسمان نمی‌تواند بعنوان نظریۀ همه چیز تلقی شود.

نظریه M

تا قبل از نظریه‌ی M به نظر می رسید برای درست بودن نظریه‌ ریسمان به فضا- زمان ۱۰ بعدی نیاز داشتیم که شامل سه بعد آشنای فضا و یک بعد زمان و ۶ بعد اضافه‌ی ریز تاب خورده که ما توانایی درک آن‌ها را نداریم. اما نظریه‌ی ریسمان به ۱۱ بعد نیاز دارد یعنی یک بعد فضایی دیگر نیز دارد. جا‌ی تعجب نیست که فقط سه + یک بعد را درک می کنیم چون مغز ما برای درک فضا‌ی سه بعدی که در زندگی روزمره با آن سر‌وکار داریم ساخته شده است. تئوری M نه تنها می تواند در‌بر‌دارنده‌ی ریسمان‌ها‌ی مرتعش باشد، بلکه می‌تواند ذرات نقطه‌ای، غشاء‌ها‌ی دو‌بعدی، حباب‌ها‌ی سه‌بعدی و دیگر اشیایی را در‌بر بگیرد که وقتی بعد‌ها‌ی فضا بر بیش از ۹ بعد بالغ می شوند، درک و تجسم آنها دشوار‌تر است. بعد اضافه‌ای که ویتن به نظریه اضافه کرد، اجازه می‌دهد تا یک ریسمان کشیده‌شده و به‌ صورت یک پوست (membrane) در‌بیاید که می تواند سه بعدی یا بیش‌تر باشد و می‌تواند رشد‌کرده و به بزرگی عالم هستی شود.

این احتمال که عالم ما می تواند روی یک پوست واقع شده‌ باشد که در فضایی با ابعاد بالا‌تر قرار گرفته است، به‌ وجود آمد. اگر پوستی در فضایی با ابعاد بالا‌تر‌ی قرار‌ گرفته ‌باشد که ذرات و اتم‌ها‌ی ما نتوانند از آن رد شوند، مانند این است که ما نتوانیم چیزی که خارج از پوسته‌ی جهان ما قرار دارد را لمس کنیم و با خارج از آن ارتباط برقرار‌ کنیم.