اگر یادتان باشد چندی پیش مقاله‌ی راند اول جدال سخت نظریه ریسمان با انرژی تاریک از دیپ لوک منتشر شد. در این مقاله به حدس جدیدی پرداختیم که توسط نظریه‌پرداز ریسمان، پروفسور کامران وفا مطرح شده بود. این حدس جالب، توجه زیادی را در سرتاسر دنیا به خود جلب کرد و بحث داغی را بین نظریه‌پردازان راه انداخت. در این مقاله به راند دوم این جدال می‌پردازیم که در آن تیم ریز، یکی از نظریه‌پردازان ریسمان از دانشگاه وین، به تناقضی در حدس وفا می‌رسد که طبق آن وجود ذره هیگز زیر سوال می‌رود. با دیپ لوک همراه باشید…
تغییری انقلابی در نظریه ریسمان، قریب‌الوقوع بود. تیمی از نظریه‌پردازان ریسمان در ژوئن، فرضی را مطرح کردند که به نظر انقلابی می‌رسید: نظریه ریسمان به طور بنیادی با درک کنونی ما از انژری تاریک ناسازگار است. تیم ریز از دانشگاه وین سریعا چیزهای عجیبی را در مورد این فرض دریافت: به نظر می‌رسد این فرض با وجود ذره هیگز ناسازگار باشد. محاسبات او که با دانشمندانی از دانشگاه کلمبیا انجام شد، اکنون در مجله‌ی معتبر Physical Review D منتشر شده است. در حال حاضر، بحث داغی در مورد ریسمان و انرژی تاریک در سرتاسر جهان شکل گرفته است. ریز امیدوار است که این بحث‌ها منجر به پیشرفت‌های بزرگی در این زمینه‌ی علمی شود.
نظریه‌ای برای همه چیز
مردم امید زیادی به نظریه ریسمان به عنوان نظریه همه چیز دارند. فرض می‌شود این نظریه می‌تواند چگونگی ارتباط گرانش به مکانیک کوانتومی را توضیح دهد و ما می‌توانیم به کمک آن، قوانینی که کل جهان فیزیکی را توضیح می‌دهند، از کوچکترین ذرات هستی گرفته تا بزرگترین ساختارهای کیهانی، به خوبی درک کنیم. نظریه ریسمان اغلب به ارائه‌ی نتایج صرفا ریاضی و پیش‌بینی‌های بسیار اندکی که می‌توانند واقعا در یک آزمایش آزموده شوند، متهم می‌شود.
اکنون جامعه‌ی نظریه ریسمان در سرتاسر جهان در حال بحث بر روی سوالی هستند که ارتباط نزدیکی با آزمایش‌های کیهانی دارد که انبساط عالم را اندازه‌گیری می‌کنند. در سال ۲۰۱۱، جایزه نوبل فیزیک به خاطر کشف اینکه عالم نه تنها به طور ثابت رشد نمی‌کند، بلکه این انبساط واقعا شتابدار است، اهدا شد. این پدیده را فقط می‌توان با فرض کردن یک عامل جدید ناشناحته به نام «انرژی تاریک» توضیح داد. البته این ایده به آلبرت اینشتین برمی‌گردد، زمانیکه ثابت کیهان شناختی را به نظریه‌ی نسبیت عامش اضافه کرد. اینشتین واقعا این کار را کرد تا یک عالم غیر انبساطی ایجاد کند. در واقع وقتی هابل در سال ۱۹۲۹ دریافت که عالم در حال انبساط است، اینشتین این اصلاح را به معادلاتش اضافه کرد و بعدها آن را بزرگترین اشتباه زندگی‌اش نامید. اما با کشف انبساط شتابدار کیهان، ثابت کیهان شناختی دوباره به صورت انرژی تاریک به مدل استاندارد کنونی کیهان شناسی اضافه شده است.
مانند سیبی در ظرف میوه
تیم ریز می‌گوید ما برای مدتی طولانی فکر می‌کردیم انرژی تاریک می‌تواند با نظریه ریسمان سازگار باشد. نظریه ریسمان فرض می‌کند ذراتی ناشناخته وجود دارند که می‌توانند به صورت میدان توصیف شوند. این میدان‌ها، در حالتی از انرژی کمینه به سر می‌برند؛ خیلی شبیه به سیبی که در یک کاسه قرار گرفته است. این سیب همیشه در قسمت بسیار پایین ظرف قرار می‌گیرد، در پایین‌ترین نقطه‌ی ظرف. هر جای دیگری، انرژی آن بالاتر خواهد بود و اگر بخواهیم آن را جابه جا کنیم، مجبوریم به آن انرژی بدهیم، اما این بدان معنا نیست که این سیب در پایین‌ترین نقطه، اصلا انرژی ندارد. ما می‌توانیم ظرف را با سیب درونش روی زمین یا میز قرار دهیم، آنجا سیب انرژی بیشتری دارد، اما همچنان نمی‌تواند حرکت کند، زیرا هنوز در پایین‌ترین حالت انرژی در ظرف قرار دارد. ریز می‌گوید:
در نظریه ریسمان، میدان‌هایی وجود دارند که انرژی تاریک را به شیو‌ه‌ی مشابهی توضیح می‌دهند. آنها به طور محلی در حالتی از انرژی کمینه هستند، اما انرژی آنها هنوز مقداری بزرگتر از صفر دارد. بنابراین این میدان‌ها، مفهوم به اصلاح انرژی تاریک را بدست می‌دهند به طوری که می‌توانیم انبساط شتابدار عالم را توضیح دهیم.
اما کامران وفا از دانشگاه هاروارد، یکی از بزرگترین نظریه‌پردازان ریسمان، در مقاله‌ای که در ۲۵ ژوئن منتشر کرد، همه را متعحب کرد. او پیشنهاد کرد چنین میدان‌های کاسه شکلی از انرژی مثبت، در نظریه ریسمان ممکن نیستند.
میدان هیگز، یک تناقض!
ریز پیامدهای این حدس را فهمید: اگر این فرض درست باشد، انبساط شتابدار عالم، آنطور که ما تاکنون آن را تصور کرده‌ایم، ممکن نیست. انبساط شتابدار مجبور است با میدانی با ویژگی‌های کاملا متفاوتی توضیح داده شود، مانند صفحه‌ی شیب‌داری که توپی از روی آن به پایین رفته و انرژی پتانسیلش را از دست می‌دهد. اما در آن صورت، میزان انرژی تاریک در عالم در طول زمان تغییر می‌کرد و انبساط شتابدار عالم می‌توانست روزی به سکون برسد. پس از آن گرانش می‌توانست تمام ماده را به سوی یکدیگر هل داده و آنها را در یک نقطه جمع کند، مانند زمان انفجار بزرگ. اما ریز دریافت که این ایده نمی‌تواند درست باشد. او می‌گوید:
حدس کامران وفا که انواع خاصی از میدان‌ها را منع می‌کند، چیزهایی که ما اکنون می‌دانیم وجود دارند را هم می‌تواند منع کند!
ریز توانست نشان دهد میدان هیگز نیز ویژگی‌هایی دارد که باید واقعا توسط حدس وفا منع شود، در حالیکه می‌دانیم میدان هیگز به عنوان حقیقتی تجربی تایید و ثابت شده است؛ یافته‌ای که به خاطر کشفش در سال ۲۰۱۳، نوبل فیزیک گرفت. ریز نتایجش را در آرشیو بارگذاری کرد و به سرعت، بحث زیادی در مورد آن در جامعه نظریه ریسمان شکل گرفت. او می‌گوید:
این جنجال، چیز خوبی برای نظریه ریسمان است. اتفاقا مردم زیادی، ایده‌های کاملا جدیدی دارند که هیچ کس قبلا در مورد آنها فکر نکرده است.
ریز و گروهش اکنون در حال بررسی این هستند که کدام میدان‌ها در نظریه ریسمان، مجاز هستند و در چه نقاطی حدس وفا را نقض می‌کنند. او می‌گوید:
شاید این امر منجر به دید هیجان‌انگیز و جدیدی درباره‌ی ماهیت انرژی تاریک شود که می‌تواند موفقیت بزرگی را بدست دهد.
فرضیه‌هایی که مطرح می‌شوند، (حداقل به طور جزیی) به صورت تجربی آزموده خواهند شد. چند سال بعد، انبساط شتابدار عالم، به طور دقیق‌تری نسبت به قبل، اندازه‌گیری خواهد شد.
