در این مقاله، ما به یکی از پیچیدهترین و هیجانانگیزترین نظریههای فیزیک مدرن نگاه میکنیم: تئوری ریسمان. این نظریه تلاش میکند ماهیت بنیادی ذرات و نیروهای جهان را توضیح دهد و شاید بتواند پلی بین دنیای کوچک کوانتوم و دنیای بزرگ گرانش بسازد. اگر تا به حال از خود پرسیدهای که جهان واقعا از چه چیزی ساخته شده یا چرا ذرات با هم رفتارهای متفاوت دارند، این مقاله مسیر کوتاهی است برای درک مفاهیم اساسی و شگفتانگیز این نظریه.
تئوری ریسمان: نگاهی نو به ساختار بنیادین جهان تئوری ریسمان یکی از پیشرفتهترین و جالبترین نظریههای فیزیک نظری است که سعی دارد سازوکار بنیادی جهان را توضیح دهد. در فیزیک کلاسیک و حتی نسبیت و مکانیک کوانتوم، ذرات بنیادی مانند الکترون یا کوارک به عنوان نقطههای بدون بعد در نظر گرفته میشوند. اما در تئوری ریسمان، این ذرات در واقع ریسمان های لرزان یکبعدی هستند. این ریسمانها میتوانند بسته (حلقهای) یا باز باشند و با لرزشهای مختلف خود، ذرات متفاوتی ایجاد میکنند. به عبارتی، هر ذره بنیادی که میشناسیم، نتیجه یک الگوی لرزش مشخص از ریسمان است
چرا تئوری ریسمان مهم است؟ یکی از بزرگترین چالشهای فیزیک مدرن، پیوند دادن دو ستون اصلی علم فیزیک است: نسبیت عام و مکانیک کوانتوم. نسبیت عام انیشتین توضیح میدهد که گرانش چگونه فضا و زمان را خم میکند و رفتار اجرام بزرگ مثل سیارات، ستارگان و کهکشانها را شکل میدهد. مکانیک کوانتوم دنیای بسیار کوچک ذرات بنیادی را توصیف میکند و نشان میدهد که ذرات چگونه رفتار میکنند، به هم برهمکنش دارند و انرژی را منتقل میکنند. اما وقتی سعی میکنیم این دو نظریه را با هم ترکیب کنیم، مشکلات اساسی ایجاد میشود. در شرایطی مثل مرکز سیاهچالهها یا لحظات اولیه پس از انفجار بزرگ، قوانین نسبیت و قوانین کوانتوم با هم ناسازگارند. اینجاست که تئوری ریسمان وارد میشود. این نظریه با جایگزینی ذرات نقطهای با ریسمانهای یکبعدی لرزان، یک چارچوب جدید ایجاد میکند که میتواند گرانش کوانتومی را توصیف کند و به شکل طبیعی ذرات و نیروهای بنیادی دیگر را در همان چارچوب توضیح دهد. به عبارت دیگر، تئوری ریسمان میتواند نظریه نهایی یا «نظریه همهچیز» باشد، نظریهای که همه نیروها و ذرات جهان را در یک چارچوب واحد توضیح دهد. علاوه بر این، تئوری ریسمان چشماندازهای جذابی درباره جهان ارائه میدهد: پیشبینی ابزارها و ساختارهای جدید در ابعاد پنهان که میتواند خواص ذرات را تعیین کند. امکان وجود جهانهای موازی و دیدن جهان ما به عنوان بخشی از یک ساختار چندبعدی بزرگتر. و شاید حتی ارائه پاسخهایی به سوالات بنیادی درباره آغاز جهان، ماهیت زمان و فضا و علت وجود ذرات و نیروها. به همین دلایل، تئوری ریسمان نه تنها یک ایده جذاب و زیباست، بلکه یک مسیر بالقوه برای حل یکی از قدیمیترین و بزرگترین معماهای علم است: فهمیدن اینکه جهان واقعاً از چه چیزی ساخته شده و قوانین آن چگونه به وجود آمدهاند.
ابعاد پنهان و جهانهای موازی یکی از شگفتیهای تئوری ریسمان، پیشبینی ابعاد اضافی فراتر از سه بعد فضایی و یک بعد زمانی است که ما تجربه میکنیم. طبق این نظریه، جهان ممکن است دارای ۱۰ یا حتی ۱۱ بعد باشد. اما این ابعاد اضافی برای ما قابل مشاهده نیستند؛ دلیلش این است که بسیار کوچک و فشرده شدهاند، درست مثل یک سیم نازک که از دور شبیه خطی است، اما از نزدیک میتوان حلقهها یا پیچشهای آن را دید. این ابعاد کوچک میتوانند اثرات عمیقی بر رفتار ذرات و نیروها داشته باشند. به عنوان مثال، نحوه پیچیدن یا شکلگیری این ابعاد میتواند تعیین کند که چه ذراتی وجود دارند، جرم آنها چقدر است و چگونه با یکدیگر برهمکنش میکنند. نکته هیجانانگیز دیگر، امکان وجود جهانهای موازی است. اگر ابعاد اضافی مسیرها یا فضاهای متفاوتی برای ریسمانها ایجاد کنند، ممکن است هر یک از این مسیرها به نوعی «جهان موازی» منتهی شوند. این جهانها قوانین فیزیکی مشابه یا حتی کاملاً متفاوتی داشته باشند و دیدگاه ما از واقعیت را به شدت گسترده کنند. در واقع، تئوری ریسمان به ما میگوید که آنچه ما به عنوان جهان میشناسیم، ممکن است تنها بخش کوچکی از یک ساختار پیچیدهتر و چند بعدی باشد. هر ریسمان و هر لرزش آن، میتواند در این ابعاد پنهان پیامهایی درباره ساختار عمیق جهان به ما بدهد.
تصور ابعاد پنهان و جهانهای موازی فرض کنید یک نخ یا سیم نازک را از دور نگاه میکنید؛ به نظر میرسد یک خط ساده است، درست مثل یک بعدی که شما میبینید. اما اگر نزدیک شوید، متوجه میشوید که این سیم پیچ خورده و حلقههایی دارد که از دور دیده نمیشوند. در تئوری ریسمان، ابعاد اضافی جهان شبیه همین حلقهها و پیچها هستند: بسیار کوچک و فشرده، اما نقش مهمی در شکلگیری ذرات و نیروها دارند. حالا تصور کنید هر یک از این پیچها میتوانند مسیرهای متفاوتی برای ریسمانها ایجاد کنند. برخی فیزیکدانان فرض کردهاند که هر مسیر میتواند یک جهان موازی باشد: جهانی با قوانین فیزیکی شبیه یا حتی متفاوت از جهان ما. بنابراین، ممکن است هزاران یا میلیونها «جهان» در کنار جهان ما وجود داشته باشند که ما آنها را نمیبینیم، اما اثراتشان در رفتار ذرات و انرژیها احساس میشود. به این ترتیب، تئوری ریسمان نه تنها تلاش میکند راز ذرات بنیادی و نیروها را توضیح دهد، بلکه درهای جدیدی به دنیای چندبعدی و جهانهای موازی باز میکند—دنیایی که محدودیتهای تجربه روزمره ما آن را پنهان کرده است.
انواع ریسمانها ریسمانهای باز: شبیه یک خط کشیدهشده با دو سر آزاد. ریسمانهای بسته: شبیه حلقهای بسته که خود را به هم میپیچد و میتواند گرانش را توضیح دهد. سوپرریسمانها: نسخهای از ریسمانها که با مفهوم ابرتقارن ترکیب شدهاند و ارتباط بین ذرات با اسپینهای متفاوت را توضیح میدهند.
چالشها و آینده تئوری ریسمان هنوز در مرحله تحقیق و اثبات است و بسیاری از پیشبینیهای آن به دلیل نیاز به انرژیهای بسیار بالا، قابل آزمایش در آزمایشگاه نیستند. اما این نظریه الهامبخش فیزیکدانان بوده تا ساختار جهان را از دیدگاه جدیدی بررسی کنند و حتی ممکن است در آینده، پاسخ به سوالات بنیادی درباره پیدایش جهان، ماهیت زمان و فضا و منشأ ذرات بنیادی را ارائه دهد.
Emily Agreste 
نظرات بازدیدکنندگان (0)