نظریه ام یک نظریهی جسورانه فیزیکی است که از هندسهای عجیب و منحصر بفرد برخوردار است. طرفداران نظریه ام ادعا می کنند این نظریه، مسیری برای دستیابی به نظریهی همه چیز (TOE) است. این نظریه که از بسط و گسترش نظریهی ریسمان بوجود آمده، هر پنج نظریهی موجود در نظریهی ریسمان را در بر میگیرد. جالب آنکه، نظریه ام فاقد هرگونهی پشتوانهی تجربی و آزمایشگاهی بوده و وجودش تنها بر پایهی ریاضیات و هندسههای غامض استوار است. با دیپ لوک همراه باشید…
نظریه ام در یک ساختار ریاضی یکپارچه، هر پنج نسخهی سازگار با نظریه ریسمان (و همچنین توصیف ذرهای ابرگرانش) را با یکدیگر متحد میسازد، اگرچه هر یک از آنها، شاخهی جداگانهای از فیزیک به نظر میرسند. اساس تمام نظریههای ریسمان (string theories) از پس آزمونهایی برآمده که تاکنون، هیچ نظریهی دیگری از گرانش کوانتومی قادر به عبور از آن نبوده است.
نظریهی TOE کار سختی در ارتباط دادن گرانش به قوانین کوانتومیِ طبیعت (به گونهای که در مقیاسهای بزرگ، منحنیهای گرانش شبیه به منحنیهای فضا-زمانِ ارائه شده در نظریهی نسبیت عام آلبرت اینشتین به نظر برسد) دارد. به هر حال، انحنای فضا-زمان، به عنوان اثر جمعی واحدهای کوانتومی انرژی گرانشی (گراویتونها) ظاهر میشود. تلاشهای اولیه برای محاسبه اثر برهمکنش گراویتونها در بینهایتهای ناملموس، بیانگر لزوم نگاه عمیقتر به مفهوم گرانش بوده است.
نظریهی ریسمان (یا در نگاه تخصصیتر، نظریه ام)، یکی از نظریههای پیشرو در توضیح نظریهی TOE به شمار میرود، اما هیچگونه شاهد تجربی برای آن و یا برای ایدههای جایگزین در مورد اینکه چگونه گرانش ممکن است با بقیه نیروهای اساسی متحد شود، وجود ندارد. سوال اساسی، این است که چرا نظریه ریسمان یا نظریه ام تا این حد برای توضیح این پدیده مورد توجه قرار گرفته است؟
بر اساس نظریه ام ، گراویتونها، الکترونها، فوتونها و هر چیز دیگری، ذرات نقطهای به شمار نمیآیند، بلکه نوارهای کوچک انرژی یا ریسمانهایی هستند که به روشهای مختلف ارتعاش میکنند. علاقمندی به نظریه ریسمان در اواسط دهه ۱۹۸۰ و زمانی که فیزیکدانان متوجه شدند این نظریه، توضیحات قابل قبولی، از مباحث ریاضی گرانش کوانتومی ارائه میدهد، افزایش یافت، اما پنج نسخهی شناختهشده از نظریهی ریسمان، اختلالی و شکننده بودند، به این معنی که همگی آنها در برخی از شاخههای فیزیک ناکارآمد بودند. فیزیکدانان نظری توانایی محاسبه آنچه که در زمان برخورد دو ریسمان گراویتونی در انرژی بالا، رخ میداد را داشتند، اما از محاسبهی آنچه در زمان برخورد گراویتونها و تشکیل سیاهچالهها رخ میداد، عاجز بودند.
تا اینکه در سال ۱۹۹۵ فیزیکدان مشهور ادوارد ویتین، مادر تمام نظریههای ریسمان را کشف نمود. او نشانههایی مبنی بر اینکه میتوان نظریههای ریسمان اختلالی را از طریق یک نظریهی غیر اختلالی مرتبط (که آن را نظریه ام نامید) با یکدیگر مرتبط ساخت. اگر از زوایای مختلف به نظریه ام نگاه کنیم، هر بار آن را شبیه به یکی از نسخههای نظریهی ریسمان خواهیم دید، اما نکتهی جالب این است که نظریه ام ، محدودیتهای آن حوزهها را ندارد، چیزی که نیاز ضروری نظریهی TOE به حساب میآید. دیوید سیمون دافین از فیزیکدانان موسسه فناوری کالیفرنیا میگوید:
ویتن میتواند تمامی این مباحث را بدون نوشتن معادلات مربوط به نظریه ام توضیح دهد که امری بسیار قابل تحسین است، اما اینکار سوالات بسیاری را برجای میگذارد.
پیشرفت قابل توجه دیگر در این زمینه، دو سال پس از ارائهی نظریه ام توسط خوان مالداکنا (Juan Maldacena) انجام شد. او تطابق میان AdS/CFT را کشف نمود: یک رابطهی هولوگرام مانند، گرانش را در یک ناحیه از فضا-زمان به نام فضای AdS به یک توصیف کوانتومی از ذرات به نام «نظریه میدان همگرا» (CFT) مرتبط میسازد. AdS/CFT تعریف کاملی از نظریه ام برای موردی خاص، از هندسهی فضا-زمان AdS ارائه میدهد که با القای انرژی منفی، موجب خمش این فضا، به شیوهای متفاوت با جهان ما میشود. فیزیکدانان برای چنین دنیای خیالی میتوانند فرآیندهای تمام سطوح انرژی، از جمله اصلِ شکلگیری سیاهچالهها و تبخیر را توصیف کنند. شانزده هزار ارجاع به این مقاله در طی بیست سال اخیر، همگی بیانگر تحقیقات انجام شده برای استفاده از این محاسبات، در فهم بهتر مسئلهی AdS/CFT و گرانش کوانتومی بوده است.
توالی این رویدادها، اکثر متخصصان را به این نتیجه رسانده که نظریه ام ، نظریهای پیشرو برای توضیح نظریهی TOE است، اگرچه تعریف دقیق آن در جهانی مانند جهان ما هنوز ناشناخته مانده است. اینکه آیا این نظریه درست است یا نه، یک سوال کاملا جداگانه است. ریسمانهایی که در این فضا قرار دارد و همچنین ابعاد فضایی اضافیِ پیچیده شده که اطراف این ریسمانها در حرکت هستند، ۱۰ میلیون میلیارد برابر کوچکتر از آزمایشهایی هستند که توسط LHC قابل آزمون است. برخی اثرهای ماکروسکوپی این نظریه که ممکن بود قابل مشاهده باشند، (مانند ریسمانهای کیهانی و اَبر تقارن) نیز هنوز مشاهده نشدهاند.
در عین حال، ایدههای ارائه شدهی دیگر برای نظریهی TOE همگی دارای مشکلات فنی مختلف هستند و هیچکدام از آنها شواهد ریاضی و مستحکم ارائه شده توسط نظریهی ریسمان، مانند محاسبهی پراکندگی گراویتون-گراویتون را اثبات نکردهاند. (طبق گفته سیمون دافین، هیچ کدام از رقبا موفق به تکمیل اولین گام و یا اولین «اصلاح کوانتومی» این محاسبات نشدهاند). یک فیلسوف حتی استدلال کرده که شرایط نظریهی ریسمان، به عنوان تنها نظریهی ثابت و شناخته شده، شاهدی مبنی بر صحیح بودن این نظریه است.
رقبای موجود برای این نظریه شامل نظریههای گرانش امن مجانبی (asymptotically safe gravity)، نظریه E8، هندسهی جابهجاییناپذیر (noncommutative geometry) و سیستمهای فرمیونی علی (causal fermion systems) هستند. به عنوان مثال نظریهی گرانش امن مجانبی پیشنهاد میکند که قدرت گرانش ممکن است وقتی به مقیاس کوچکتر میروید تغییر یابد، به طوری که مشکل محاسبات بی نهایت حل شود، اما هیچ کس تا به حال ندیده این نظریه، صحیح عمل کند.
منبع: quantamagazine
گفتگو۱ دیدگاه
نظریه ریسمان یک نظریه زیبا با بن مایه ریاضیاتی بسیار قویه…وشاید بشه ادعا کرد که شاید جز محدود نظریه های فیزیک باشه که عاری هر اصل موضوعه تجربیه واین یک دستاورد تئوری کم نظریه…..با این حال مشکلات بسیار جدی هم داره …یکی از اون مشکلات برمیگرده به ایده ابرتقارن برای ذرات بنیادی که علیرغم زیبای وتلاشهای صورت گرفته در LHC هنوز هیچ ردی از اون گزارش نشده…مشکل جدی دیگه ی ان اینه که کاملا یک نظریه وابسته به پس زمینه است یعنی background dependent که این خیلی جالب نیست برای متحد کردن گرانش و نظریه کوانتوم چون که ئر نسبیت عامی که انیشتین به ما معرفی کرده متریک پس زمینه یک میدان متغیر است واساسا دینامیک داره و یک موجود فیکس شده مثل هموچیزی که در نظریه میدان کوانتومی میدونیم نیست برای همین ارائه یک نظریه وابسته به پس زمینه که مدعی اتحاد گرانش و کوانتوم باشه از نگاه بسیاری از تئوریسن ها جذاب نیست!!!! از طرفی نطریه ریسمان نسخه های بسیار متعددی داره که هیچ کدام به معنای دقیق با مشاهدات و جهان ما هماهنگ ومطابق نیستند …از طرفی بسیاری علاقمند هستد بدون رفتن به ابعاد بالا نظیر ۱۰ یا ۱۱ بعدی و الزام تقارنهای اضافی نظیر اون راهکاری که ریسمان معرفی میکنه، مشکل اتحاد گرانش و کوانتوم را حل کنند