راند سوم جدال سخت نظریه ریسمان با انرژی تاریک: هیگز نمی‌میرد!

در قسمت اول جدال نظریه ریسمان و انرژی تاریک، به ارائه‌ی حدسی پرداختیم که تابستان امسال از سوی دکتر وفا و همکارانش مطرح شد و جامعه‌ی نظریه‌پردازان ریسمان را در شوک فرو برد. حدسی که تیشه به ریشه‌ی برخی از قو‌ی‌ترین بنیان‌های نظریه ریسمان می‌زند و به همین جهت بحث داغی را راه انداخته است. در قسمت دوم این جدال، به بررسی یکی از مقالات انتقادی که توسط تیم ریز ارائه شده و حدس وفا را به تناقض با ذره هیگز محکوم می‌کند پرداختیم. اکنون در قسمت سوم، به چگونگی رفع این شبهه در مقاله جدید دکتر وفا خواهیم پرداخت‌ و خواهیم دید هیگز رفتنی نیست! با دیپ لوک همراه باشید…

 کامران وفا فیزیکدان دانشگاه هاروارد به عنوان یکی از طرفداران سرسخت نظریه ریسمان شناخته می‌شود، اما در تابستان گذشته، نظریه پردازان ریسمان را با یک حدس (حدس وفا) دچار سردرگمی کرد. حدسی که ممکن است باعث رد شدن این ایده ۱۰ ساله که انرژی تاریک را ثابت فرض می‌کند شود. در واقع کار وفا دلالت بر آن دارد که انرژی تاریک تغییر می‌کند. ایده انرژی تاریک غیرثابت، نتیجه مستقیم تلاشهای دکتر وفا و همکارنش برای اعمال نظریه ریسمان روی جهانی مانند جهان ماست. جایی که به نظر می‌رسد هر خلا فضایی دارای انرژی ذاتی است. اگر حدس او و خود نظریه ریسمان درست باشد، انرژی تاریک، این ماده اسرارآمیزی که بیش از ۷۰ درصد از مجموع جرم و انرژی کل جهان را تشکیل می‌دهد و باعث انبساطش می‌شود، باید یک نیروی متغیر باشد. از طرفی ایده انرژی تاریک ثابت تاکنون به عنوان ستون اصلی بسیاری از نظریه های ریسمان به کار رفته، اما به طور متناقضی، انرژی تاریک غیر ثابت می‌تواند نشانه‌ی موفقیت نظریه باشد. این اولین باری است که ما از نظریه ریسمان چیز جدیدی به دست می‌آوریم که قابل اندازه‌گیری است. به هر حال همانطور که در قسمت دوم دیدیم، تیم ریز مطمئن نیست این اتفاق خواهد افتاد یا خیر.

بیایید از ابتدا شروع کنیم : ما در جهانی زندگی می‌کنیم که ظاهرا از قوانین خاصی پیروی می‌کند. در بزرگترین مقیاس، اجرام بسیار بزرگ از نسبیت عام تبعیت کرده و از طریق نیروی گرانش با یکدیگر در تعامل‌اند. در کوچک‌ترین مقیاس نیز، ذرات زیر‌اتمی از قوانین مکانیک کوانتومی و نظریه میدان‌های کوانتومی پیروی می‌کنند. این برهمکنش‌ها توسط میدان های نیرو که به عنوان ذرات انتقال دهنده نیرو شناحته می‌شوند، انجام می‌شود.

نظریه ریسمان در تلاش برای یگانه کردن دو نظریه، هر ذره را به یک ریزرشته تعبیر می‌کند که ارتعاشات آن در ابعاد بالاتر فضا خواصی را که دانشمندان مشاهده می کنند رمزگذاری می‌کند. شاید در اینجا واژه نظریه، واژه مناسبی نباشد، چرا که این تعبیر، بیشتر شبیه به یک چارچوب ریاضی جامع است، چارچوبی که پژوهشگران ایده‌های بسیاری را به وسیله آن می‌توانند استنتاج کنند؛ نظریه هایی راجع به جهان ما و همینطور تعداد بیشمار جهان‌های دیگری که امکان دارد وجود داشته باشند. نظریه ریسمان باید بتواند دنیایی مانند جهان ما را توضیح دهد. به نظر می‌رسد جهان ما تقریبا از ۴ درصد مواد باریونی (مواد تشکیل دهنده تمام آن چیزی که ما می‌بینیم)، ۲۵ درصد ماده تاریک و حدود ۷۱ درصد انرژی تاریک تشکیل شده‌ است. این اعداد از آخرین مشاهدات انبساط جهان در سال ۱۹۹۸ بدست آمده است. نظریه پردازان ریسمان طبق این فرض عمل می‌کنند که قدرت انرژی تاریک تغییر نمی‌کند و دیدگاه آنها بر این مبنا تکامل پیدا کرده است، اما وفا و همکارانش در مورد ارائه‌ی حدس جدید خود می‌گویند به منظور وجود قوانینی در نظریه ریسمان، جهان ما باید دارای میدان انرژی تاریک باشد، میدانی که مقدار آن در حال کاهش است. وفا توضیح می‌دهد:

موضوع اصلی در این جا خود انرژی تاریک است خواه تغییر کند یا نه.

اگر مقدار انرژی تاریک تغییر کند، نظریه‌هایی که بر فرض ثابت بودن آن استوار بوده‌اند، قطعا با مسئله‌ی بزرگی مواجه خواهند شد. ریز معتقد است باید به اصول اولیه بازگردیم چون این امر ممکن است درک ما از تکامل جهان در گذشته و همچنین آنچه در آینده رخ خواهد داد را دچار تغییر کند. او ادامه می‌دهد: حدس وفا به اندازه ای مهم بود که منجر به هیجان بسیار بزرگی شد. این در حقیقت دعوتی به همکاری بود برای نظریه‌ پردازانی که احساس می‌کردند چهارچوب مرجع در معرض تهدید قرار گرفته است. بعضی از آنها این دیدگاه را به طور قطع اشتباه می‌دانستند. برخی از فیزیکدانان معتقدند این حدس ریشه در تحلیل هایی دارد که پایه های آن بسیار مبهم است.

دیگران از این مقاله به عنوان یک فرصت استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که نظریه‌هایشان واقعا می‌تواند جهان ما را توصیف کند یا خیر. ریز در تازه‌ترین مقاله‌ی خود که در قسمت دوم جدال نظریه ریسمان و انرژی تاریک به آن پرداختیم، می‌گوید برخی ویژگی‌های نظری جهان ما به خصوص در مورد بوزون هیگز بر خلاف تخمین های ریاضیاتی حدس وفاست. اگر به این محاسبات ریاضی نگاهی بیاندازیم، خواهیم دید که تخمین های اولیه بیان می‌کند رفتار میدان فیزیکی حاکم بر انرژی تاریک، حاصل یک تابع ریاضی بدون بیشینه و کمینه است. یعنی یک خط بر روی نموداری بدون قله و قعر. ریز دریافت که حضور نیروی میدان مرتبط با بوزون هیگز مستلزم وجود قله ای در آن تابع است، اما مقاله او حدس وفا را رد نمی‌کند، بلکه وفا احساس می‌کند حتی باعث بهبود آن برای اعمال روی جهانی نظیر جهان ما می‌شود. از طرفی مقالات دیگری وجود دارند که ایرادات سخت‌گیرانه‌تری به حدس وفا وارد می‌کنند و خود او نیز با این اصلاحات موافق است.

در همین راستا دکتر وفا و همکارانش در مقاله‌ی جدیدی، اصلاحاتی را روی حدس خود اعمال کردند. دکتر وفا درباره‌ی این مقاله‌ی جدید و شبهاتی که توسط ریز مطرح شده بود، به دیپ لوک چنین گفت:

حدس ما فقط به نقاط پایدار اعمال می‌شود، نه نقاط ناپایداری که در مثال‌های نقض بیان می‌شود. بنابراین ذره هیگز دیگر یک مثال نقض این حدس نیست، زیرا آن فقط نقطه‌ی ناپایدار خودش را دربرمی‌گیرد.

هیجان واقعی آنجا آغاز می‌شود که ما احتمالا به زودی خواهیم فهمید حدس وفا قابل آزمایش است یا خیر، زیرا این برای اولین بار است که امکان آزمون‌پذیری برای یک نظریه ریسمان مطرح می‌شود. امید است آزمایش هایی مانند نقشه برداری انرژی تاریک یا به کار گیری تلسکوپ WFIRST (که به زودی مورد استفاده قرار می‌گیرد) در آینده‌ای نه چندان دور این معما را حل کنند که انرژی تاریک در طول زمان ثابت است یا نه.

با تشکر از دکتر کامران وفا به خاطر ارائه‌ی توضیحات و همچنین معرفی وب‌سایت رسمی‌شان به آدرس زیر که از طریق آن می‌توانید از آخرین فعالیت‌های ایشان آگاهی یابید: www.cumrunvafa.org