وحدت نیروها

آنچه از نیروهای بنیادی عالم می‌دانیم به این قرار است که می‌توان آنها را به چهار نیروی بنیادی دسته بندی کرد. این نیروها به ترتیب افزایش قدرتشان ، عبارتند از : گرانش ، برهم کنش ضعیف ، الکترومغناطیسی و برهمکنش قوی.
● مفاهیم نیروهای بنیادی:
سوای نیروی گرانشی ، تمام نیروهایی که ما در زندگی روزانه تجربه می‌کنیم با سختی ، کشسانی و خواص سطحی ماده سر و کار دارند. همه این خواص از برهمکنش الکترومغناطیسی ناشی می‌شوند.
برهم کنش قوی ، نیروی لازم برای نگه داشتن کوارک‌ها در کنار یکدیگر و تشکیل پروتون‌ها و نوترون‌ها را ، و همچنین نیروهای لازم بین پروتون‌ها و نوترون‌ها را که باعث تشکیل هسته اتم می‌شود، فراهم می‌کند. واپاشی پرتوزای هسته‌ها نیز به نوع کاملا متفاوت دیگری از برهمکنش ، موسوم به برهم کنش ضعیف ، مربوط می‌شود. هر چند از این دو برهمکنش تجربه مستقیم و روزمره‌ای نداریم ، با این همه ، بدون وجود آنها ما هم وجود نداشتیم.
این چهار نیروی شناخته شده بنیادی ، با وجود آن که توضیح دهنده تمام نیروها و واپاشی‌های مشاهده شده هستند ، ممکن است تنها نیروهای بنیادی طبیعت نباشند. احتمال دارد نیروهای دیگری که فوق العاده ضعیف هستند نیز وجود داشته باشند که ما هنوز اثرات آنها را مشاهده نکرده‌ایم.
● مدل استاندارد و وحدت نیروها
در نظریه ماده‌ای که مدل استاندارد نامیده می‌شود، معلوم شده است که این چهار برهمکنش برای توصیف همه خواص ماده کافی نیستند. نوع دیگری از برهمکنش نیاز است تا منشا پیدایش جرم تمام ذرات را توضیح بدهد . هنوز دقیقا معلوم نیست که این بر همکنش جدید دارای چه شکلی است. این برهمکنش که در آغاز دهه ی ۱۹۹۰ خیلی بر سر زبان‌ها افتاد به نظریه نیروی پنجم موسوم است که بر پایه برخی ناهنجاری‌های ظاهری میدان نیروی گرانشی استوار است.
● نظریه ابرریسمان و وحدت نیروها
در مطالعات و بررسی‌های مرسوم در فیزیک کوانتومی نسبیتی ، ذرات بنیادی را به صورت نقاط ریاضی و بدون گستردگی فضایی در نظر می‌گیریم. این رهیافت موفقیت‌های بسیار چشمگیری داشته است ، ولی در انرژی‌های خیلی زیاد یا فاصله‌های بسیار بسیار کوتاه که بزرگی میدان گرانشی با بزرگی نیروهای هسته‌ای و الکترو مغناطیسی قابل مقایسه می‌شود این رهیافت با شکست رو به رو می‌شود.
در سال ۱۹۷۴ ژوئل شرک و جان شوارتز شیلد به منظور غلبه بر این مشکل توصیف وحدت یافته‌ای از ذرات بنیادی را بر اساس منحنی های یک بعدی بنیادی به نام ریسمان مطرح کردند . به نظر می‌رسد که نظریه‌های ریسمان از هر نوع ناسازگاری که در تمام تلاش‌های قبلی دست یابی به نظریه‌ای وحدت یافته برای توصیف گرانش و سایر نیرو‌ها ایجاد مزاحمت کرده است ، مبراست‌. نظریه ابرریسمان که در آنها از نوع خاصی تقارن به نام نظریه ابرتقارن ، بهره گیری می‌شود ، بیشترین امیدواری را برای ارائه نتایج واقع بینانه پدید آورده‌اند.