چرا نظریه ریسمانها مطرح شد؟

در مدل استاندارد ذرات بنیادی، به ذرات به عنوان نقاطی توجه می شد كه در فضا حركت می كنند و بوسیله ترسیم یك خط ردیابی می شود كه جهان حط می نامند برای بررسی كنش آنها كه در طبیعت مشاهده می شود، درجات آزادی آنها فقط شامل مكان و سرعت، همچنین جرم، بار الكتریكی و رنگ (كه پیوند بار الكتریكی و كنش قوی است) یا اسپین مورد توجه استمدل استاندارد كالبد نظریه میدان كوانتومی را طراحی می كند كه ابزاری به دست می دهد تا نظریه ها را طوری بسازیم كه شامل مكانیك كوانتوم و نسبیت خاص نیز باشند. با این ابزارها، نظریه ها طوری طرح ریزی می شوند كه موفقیت بزرگی برای توضیح چهار كنش (نیروی) شناخته شده در طبیعت را داشته باشند. به علاوه یك موفقیت بزرگ برای یكسان سازی بین نیروی های الكترومغناطیس و هسته ای ضعیف به دست آمده كه الكتروویك نامیده می شود و نطرها را به سوی كنش هسته ای قوی سوق می دهد .اما متاسفانه چهارمین كنش (نیرو)، یعنی گرانش كه به طور زیبایی در نسبیت عام اینشتین تشریح شده در این طرح دیده نمی شود. و همه ی تلاشها برای به دست آوردن نسبیت عام از نظریه میدان كوانتومی بیهوده بوده است .به عنوان مثال نیروی بین دو گراویتون (ذراتی كه نیزوی گرانش را حمل می كنند)، بی نهایت می شود و ما نمی دانیم چگونه این بی نهایت را می توان توجیه كرد.در نظریه ریسمانها تعداد بیشماری انواع ذرات با یك سنگ بنای اساسی یعنی "ریسمان" جایگزین می شود.این ریسمانها می توانند شبیه حلقه به یكدیگر بسته شوند یا نظیر مو باز شوند. همچنانكه ریسمان در زمان حركت می كند، یك لوله یا صفحه را ترسیم می كند و با توجه به شرایط باز یا بسته می شود.بعلاوه ریسمان آزاد است كه نوسان كند و نوسانات مختلف ریسمانها ذرات مختلف را به نمایش می گذارد، از این رو جرم های مختلف یا اسپین مختلف را ترسیم می كند.یك طریق نوسان موجب می شود كه ریسمان به صورت الكترون جلوه گر شود و نوع دیگر به صورت فوتون ظاهر می شود. در اینجا حتی یك جلوه ی آن توضیح دهنده گراویتون است. گراویتون ذره ای است كه نیروی گرانش را حمل می كند و این دلیل بسیار مهمی است كه چرا نظریه ریسمانها تا این اندازه مورد توجه قرار می گیرد.نكته اینجا است كه ما می توانیم كنش دو گراویتون را در نظریه ریسمانها احساس كنیم و این چیزی است كه نظریه میدان گرانشی توان آن را ندارد. در اینجا بی نهایتی وجود ندارد! بنابراین این نخستین موفقیت نظریه ریسمان بود كه شامل گرانش كوانتومی می شد كه شبیه نسبیت عام در فاصله های بزرگ می شود.علاوه بر آن نظریه ریسمان ضرورتاً دارای چنان درجه آزادی است كه بتواند سایر كنش ها را به خوبی توضیح دهد.از این رو امید بخش است كه نظریه ریسمان قادر است چهار نیروی شناخته شده را یكسان سازی كند و به صورتی ساده در یك نظریه تحت عنوان " یك نظریه برای همه چیز" مطرح كند
از ریسمان تا ابر ریسمان
ذرات شناخته شده در طبیعت به صورت زیر دسته بندی می شوند
ذراتی كه دارای اسپین درست هستند كه بوزون نامیده می شوند
و ذراتی كه دارای اسپین نادرست هستند كه فرمیون نامیده می شوند
دسته اول نیروها را حمل می كنند، به عنوان مثال فوتون نیروی الكترومغناطیس را حمل می كند، گلوئون نیروی قوی هسته ای را حمل می كند و گراویتون نیروی گرانش را حمل می كنددر نهایت ماده نظیر الكترون از كوارك ساخته شده اندنظریه اصلی ریسمان تنها ذرات بوزون را توضیح می داد، از این نظر آن را نظریه بوزونیك ریسمان می گویند.این نظریه فرمیون ها را توضیح نمی داد. بنابراین كوارك و الكترون را شامل نمی شدبا مطرح كردن ابر تقارن برای نظریه بوزونیك ریسمان، ما می توانیم یك نظریه جدید به دست آوریم كه هر دو نیرو و ماده را توضیح دهند كه جهان از آنها ساخته شده است و این نظریه ابر ریسمان است در اینجا سه نوع نظریه ابر ریسمان وجود دارد كه حس می شود و نشان دادن آنها بدون ریاضیات ناسازگارند در دو تا از آنها شیئی اساسی یك ریسمان بسته است، در حالیكه در سومی ریسمان باز سنگ بنای آن است علاوه بر آن با بهترین امتزاج خصوصیات نظریه بوزونیك ریسمان و ابر ریسمان، ما می توانیم دو نظریه ریسمان دیگر بیافرینیم .در هر صورت این تنوع در نظریه ریسمان یك آشفتگی است. اگر ما برای یك نظریه برای همه چیز تلاش كنیم، پنج تا از انها را خواهیم داشت كه قوی ترین آنها ام-تئوری خواهد بود.ابعاد اضافی
بزرگترین مسئله قابل استناد در نظریه ریسمان این است كه فضا- زمان ده بعدی است. در نگاه اول احتمالاً چنین به نظر می رسد كه این دلیلی است برای كنار گذاشتن كل نظریه كه مشاهدات ما نشان می دهد تنها سه بعد برای فضا و یك بعد برای زمان داریم. در هر صورت اگر ما فرض كنیم كه شش بعد دیگر مك˜م به یكدیگر ییچیده شده، آنگاه دیگر ما از هستی دور نشده ایم. عقیده چنین است كه درجات آزادی بار الكتریكی یك الكترون شامل ابعاد اضافی بیشتری خواهد بود اصل اینكه فشردگی ابعاد ممكن است ما را به یك نظریه یكسان سازی رهنمود شود، جدید نیست و به دهه یكهزارو نهصد و بیست و به نظریه های كالوتسا و كلین بر می گردد، از این رو نظریه ریسمان نهایت نظریه كولتسا-كلین است برای سادگی، معمولاً فرض می شود كه این شش بعد اضافی به شش حوزه پیچیده شده اند
نظریه سی. پی. اچ.
CPH Theory درنیرو و انرژی قابل تبدل به یكدیگر هستند. همچنین با توجه به نسبیت كه در آن جرم و انرژی هم ارزند، بنابر این، نیرو، انرژی و جرم هم ارز می باشند. و می توان نتیجه گرفت كه نیرو، انرژی و جرم سه جلوه (ظاهر) متفاوت از یك ذره واحد و بنیادی هستد و ما باید تصورات خود را در مورد نیرو، انرژی و جرم تغییر دهیم.در نظزیه سی. پی. اچ. تمام ذرات بنیادی اعم از بوزون ها و فرمیونها و حتی كواركها از ذره ی بنیادی واحدی به نام سی. پی. اچ. تشكیل می شوند.در این نظریه بر خلاف نظریه ریسمانها می توان علت ثابت بودن سرعت نور و مسیر منحی شكل نور را در میدانهای گرانشی توضیح داد.
در واقع:
۱- نظریه سی. پی. اچ. هر سه نظریه ی مکانیک کلاسیک، مکانیک کوانتومی و نسبیت را پوشش می دهد.
۲- بسیاری از پدیدهای فیزیکی که نظرات قدیمی و حتی نظریه ریسمانها قادر به توضیح انها نیستند، در نظریه سی. پی. اچ. بسادگی قابل توضیح دادن است.
۳- منشاء زمان و شرایط پیدایش جهان قابل مشاهده (بینگ بنگ) توضیح داده می شود.
۴- در فیزیک تا به حال همواره از تاثیر نیرو بر اجسام صحبت می شود. نظریه سی. پی. اچ. اولین نظریه ای است که از تاثیر اجسام بر نیرو سخن می گوید.
۵- نظریه سی. پی. اچ. فیزیک را از حالت یک دانش پیچیده و خشک، به صورت یک دانش ساده و شهودی در آورده است.
۶- از زمان مطرح شدن نظریه ریسمانها به دلیل آنكه توان توضیح پدیده ها را با همان ده بعدی كه در آغاز بیان كرده بو نداشت، دائم بر تعداد ابعاد آن افزوده می شود و امروزه تلاش می شود با بیست و شش بعد به توضیح جهان بپردازد. در حالیكه نظریه نیازی ندارد ابعاد اضافی را بكار گیرد.
۷-در ساختار كلان حهان همان قانونی حاكم است كه در كوچكترین واحدهای كمیت های طبیعت حاكم است. یعنی قوانین جهان میكروسكپی را می توان به جهان ماكروسكپی تعمیم داد و این كاری است كه نظریه سی. پی. اچ. انجام داده است.امید است نظریه ی سی. پی. اچ. بتواند در گسترش بحثهای علمی در دانشگاه های کشور موثر واقع شود. گسترش بحث و تبادل نظر در زمینه های علمی می تواند در نهادینه شدن گفتمان منطقی در جامعه مفید باشد. به متن سخنرانی در سمینار فیزیک مراجعه فرمایید.
حسین جوادی