تئوری ریسمان به زبان ساده

رشته سیمهای گیتار را تصور كنید كه با كشیده شدن در طول گیتار كوك شده اند بسته به آنكه سیمها چقدر كشیده شوند و تحت فشار قرار گیرند, نت های موسیقی مختلفی بوسیله آنها ایجاد می شود

رشته سیمهای گیتار را تصور كنید كه با كشیده شدن در طول گیتار كوك شده‌اند؛ بسته به آنكه سیمها چقدر كشیده شوند و تحت فشار قرار گیرند، نت‌های موسیقی مختلفی بوسیله آنها ایجاد می‌شود. می‌توانیم این نت‌های موسیقی را «حالتهای برانگیخته» سیمهای گیتار تحت كشش بنامیم. به طور مشابه در تئوری ریسمان ذرات بنیادین كه در شتابدهنده‌ها مشاهده می‌شوند را می‌توانیم نت‌های موسیقی و یا همان «حالتهای برانگیخته» فرض گنیم. در تئوری ریسمان همانند نواختن گیتار، ریسمانها باید تحت كشش قرار بگیرند تا برانگیخته شوند. اگرچه ریسمانها در تئوری ریسمان در فضا-زمان شناور هستند و مانند گیتار مقید نیستند ولیكن با این حال آنها كشش دارند، كشش ریسمان در تئوری ریسمان همانطور كه در قبل گفتیم با كمیت :

شناخته می‌شود و در آن ´a با مربع مقیاس طول ریسمان متناسب است.

اگر تئوری ریسمان تئوری گرانش كوانتوم باشد، پس متوسط اندازه ریسمان باید چیزی نزدیك به مقیاس طول گرانش كوانتوم باشد كه طول پلانك نامیده می‌شود و حدود ۱۰-۳۳ سانتیمتر می‌باشد. متاسفانه این بدان معناست كه ریسمانها به حدی برای دیدن با تكنولوژی فعلی فیزیك ذرات كوچك هستند كه فیزیكدانان مجبور به ابداع روشهای جدیدی برای آزمایش تئوری شدند. تئوری در ابتدا فقط برای بوزون‌ها بود، به منظور اینكه فرمیون‌ها هم وارد تئوری ریسمان شوند باید یك نوع بخصوص از تقارن به نام ابرتقارن وجود می‌داشت كه به واسطه آن برای هر بوزون، یك فرمیون متناظر وجود داشته باشد. پس ابرتقارن، ذرات حامل نیرو و ذراتی كه ماده را می‌سازند به هم مربوط می‌كند. نتایج ابرتقارن در آزمایشات ذرات مشاهده نشده‌اند اما تئوریست‌ها معتقد هستند كه ذرات ابرتقارن بزرگتر و سنگین‌تر از آن هستند كه در شتابدهنده‌های فعلی بتوان آنها را مشاهده كرد. ایجاد شتابدهنده‌های قوی‌تر انرژی بالا در دهه آینده می‌تواند شواهد لازم برای ابرتقارن در اختیار ما قرار دهند.

مهم نبود كه هر كس چقدر تلاش می‌كرد، به نظر می‌رسید گرانش به هیچ وجه به نظریه‌ای قابل بهنجارش تبدیل نمی‌شود؛ یك مشكل بزرگ این بود كه امواج گرانش كلاسیك كه فرض می‌شد ذره حامل آن گراویتون است، دارای اسپین ۲ بودند و برای اسپین ۲ ، عبارت ۴j-۸+D مساوی D می‌شد و برای D=۴ ، انتگرال بینهایت می‌شد، مثل توان چهارم ممنتوم وقتی كه ممنتوم به سمت بینهایت میل می‌كند.

و این برای فیزیكدانان غیرقابل هضم بود و سالها تلاش آنها در راه رسیدن به «گرانش كوانتوم» ناكام ماند.

در اینجا بود كه تئوری ریسمان وارد شد تا این خلا را پر كند.

تئوری ریسمان در اصل برای توصیف روابط میان جرم و اسپین هادرون‌ها پیشنهاد شده ‌بود. در تئوری ریسمان، ذرات از برآشفتگی ریسمان‌های بسیار ریزی بوجود می‌آمدند ؛ یك ذره كه از این برآشفتگی‌ها بر می‌خواست، ذره‌ای بود با جرم صفر و دو واحد اسپین.

موفقیتی كه تئوری ریسمان داشت این بود كه در مدل دیاگرامهای فاینمن، دیاگرامها به سطوح صاف دو بعدی تبدیل می‌شدند و انتگرالهای روی سطح دیگر مشكل فاصله صفر را نداشتند.

تئوری ذره‌ای :

تئوری ریسمان :

در ۱۹۷۴ نهایتا این سوال مطرح شد كه " آیا تئوری ریسمان می‌تواند تئوری گرانش كوانتوم باشد؟ ".

در تئوری ریسمان، ممنتوم بینهایت به معنای فاصله صفر نبود، زیرا در این تئوری رابطه بین ممنتوم و فاصله به قرار زیر بود:

كمیت ۰۳۹;a به تنش ریسمان‌ها بستگی داشت ، كمیتی بنیادین بر اساس رابطه :

رابطه بالا به طور غیرمستقیم بیان می‌كند كه كمترین طول قابل مشاهده برای تئوری ریسمان به صورت زیر است:

رفتار ذره در فاصله صفر كه در تئوری میدان كوانتوم بسیار مشكل‌ساز بود، در تئوری ریسمان بسیار بی‌اهمیت شد و همین باعث شد كه تئوری ریسمان نامزد تئوری گرانش كوانتوم شود.

اگر تئوری ریسمان ، تئوری گرانش كوانتوم باشد، مقدار طول مینیموم باید حداقل اندازه طول پلانك باشد كه از تركیب ثابت پلانك و ثابت گرانش نیوتون و سرعت نور بدست می‌آید:

اگرچه همانطور كه بعدا خواهیم دید، مساله مقیاس طول در تئوری ریسمان به خاطر دوگانگی ریسمان‌ها پیچیده و مشكل شد.

منبع :www.cph-theory.persiangig.com