محققان نظریۀ ریسمان را شکلی از “نظریه همه چیز” می‌دانند که امید است روزی بتواند “تمام چیزها” در کیهان ما را توضیح دهد. از مؤلفه‌های مهم و چشم‌گیر نظریۀ ریسمان ابعاد اضافی آن است، زیرا این نظریه برای شرح موضوعاتش به این ابعاد بیشتر نیاز دارد.
تمام نیروها، تمام ذرات، تمام ثابت‌ها، تمام چیزهایی که تحت تاثیر یک نظریه قرار دارند و ما آنها را می‌بینیم، حاصلی از ریسمان‌های کوچک مرتعش هستند. نظریه‌پردازان از دهۀ ۱۹۶۰ بر روی این ایده کار می‌کنند و یکی از نتایج بدست آمده این است که اگر این نظریه درست باشد، ابعاد بیشتری باید در جهان ۴ بُعدی ما وجود داشته باشد. چندان هم که به نظر می‌آید نظریه عجیب نیست.
فاجعه ابعادی
در نظریه ریسمان، طناب‌های کوچک ریسمان مرتعش (در این نظریه، این ریسمان‌ها اجزای بنیادین واقعیت دنیای ما هستند) به شکل ذراتی مختلف (الکترون، کوارک، نوترینو و…) و همچنین حامل‌های نیرو در طبیعت (فوتون، گلوئون، گراویتون) نمود پیدا می‌کنند. این ریسمان‌ها با ارتعاشاتی که دارند به اشکال نامبرده تبدیل می‌شوند. هر ریسمان به قدری کوچک است که در نظر ما مثل ذره‌ای نقطه شکل دیده می‌شود اما هر ریسمان می‌تواند با حالتی مختلف ارتعاش پیدا کند؛ مثل یک گیتار که می‌توان نت‌های مختلفی از آن بیرون کشید.
تصور بر این است هر ذره، حالت ارتعاشی مخصوص به خود را داشته باشد. برای مثال تمام ریسمان‌هایی که به شکلی خاص ارتعاش دارند، ذره‌ای خاص مثل الکترون هستند و تمام ریسمان‌هایی که به شکل خاص دیگری ارتعاش دارند، فوتون هستند. وقتی ما شاهد برخورد ذرات هستیم، در دیدگاه نظریۀ ریسمان در واقع دو ریسمان در حال ادغام یا جداشدن هستند.
اما برای اینکه درست از آب در بیاید، باید بیش از ۴ بُعد در کیهان وجود داشته باشد. به این خاطر که فضا-زمان کنونی به این ریسمان‌ها “فضای” کافی برای ارتعاش مناسب به آنها نمی‌دهند تا به شکلی که می‌خواهند نمود پیدا کنند. آنها بسیار محدود هستند. به بیانی دیگر، این ریسمان‌ها ورای ابعاد تکان می‌خورند.
نسخه‌های کنونی نظریه ریسمان، به ۱۰ بعد نیاز دارند. ما حتی فرضیه‌ای به نام M داریم که نیاز به ۱۱ بعد دارد اما وقتی به کیهان نگاه می‌کنیم، همان سه بعد مکانی همیشگی و بعد زمان را مشاهده می‌کنیم. ما مطمئنیم اگر ابعاد جهان هستی بیش از عدد ۴ بود، تا الان باید متوجه آن میشدیم.
جمع و جور
خوشبختانه، نظریه‌پردازان ریسمان اشاره به رویداد تاریخی خاصی برای این مفهوم به نظر تندرویانه دارند. در سال ۱۹۱۹، کمی پس از انتشار نظریه نسبیت عام اینشتین، ریاضیدان و فیزیکدانی به نام تئودور کالوزا سر خود را با معادلات آن گرم کرده بود و وقتی بُعد پنجم را به معادله اضافه کرد، به نکته‌ای عجیب برخورد: هیچ اتفاقی نیافتاد! معادله‌های نسبیت اهمیتی به تعداد بُعد موجود نمی‌دهند. در واقع ابعاد را به این دلیل استفاده می‌کنیم که نظریه، منطبق با جهان ما باشد.
اما کالوزا نکته‌ای ویژه به بعد پنجم اضافه کرد که آن را به دور خود در چیزی با نام “شرایط استوانه” پیچیده شود. این مسئله باعث شکل‌گیری چیز جدیدی شد: کالوزا معادله‌های چهار بُعدی نسبیت عام را بیرون کشید و معادله‌ای جدید بر جای ماند که شمایلی مانند الکترومغناطیس را نشان می داد.
به نظر می آمد اضافه کردن ابعاد شاید بتواند فیزیک را یکپارچه کند. حال که فکرش را می‌کنیم، در واقع پی نخود سیاه دویدن بود. با این حال، چند دهه بعد اسکار کلاین سعی داشت ایدۀ کالوزا را از دید مکانیک کوانتوم بررسی کند. او متوجه شد اگر این ابعاد بیشتر وجود داشت و به گونه‌ای منشأ وجود الکترومغناطیس بود، باید مچاله می‌شد و به دور خود می پیچید (مثل نظریه کالوزا) اما بسیار کوچکتر و در حدود ۳۵-۱۰ متر.
خمینه‌های متعدد نظریه ریسمان
اگر یک بُعد (یا ابعاد) اضافی اینقدر کوچک بوده باشد ما نمی‌توانستیم متوجه آن بشویم. این مقدار آنقدر کوچک است که امیدی نمی رود بتوانیم با آزمایش‌های انرژیمند خود آن را تشخیص بدهیم. اگر این ابعاد به دور خودشان پیچیده شده‌اند، پس هر زمانی که شما در ابعاد چهارگانه حرکت می‌کنید در واقع میلیاردها بار آن ابعاد کوچک را پیموده‌اید. ریسمان‌های نظریه ریسمان در این ابعاد حضور دارند.
با بررسی‌های ریاضیاتی بیشتر کشف شد ۶ بُعد فضایی-مکانی دیگری که در نظریه ریسمان مورد نیاز هستند باید بر اساس یک سری پیکربندی خاصی با نام خمینه یا منیفلدهای کالابی-یائو پیچیده شوند؛ اما نظریه ریسمان هیچ تک خمینه خاصی را تایید نکرده است. ما ۱۰۲۰۰۰۰۰ خمینه داریم.
به نظر می آید وقتی شما ۶ بعد را می‌خواهید به دور خودشان بپیچانید و همۀ راه‌های ممکن برای این کار را در اختیارشان قرار دهید، این عدد سر به فلک می کشد. راه‌های بسیاری وجود دارد که این ابعاد اضافی را به دور خودشان پیچید. هر پیکربندی ممکنی بر روی ارتعاش ریسمان‌های درون آنها تاثیر می‌گذارد. از آنجایی که چگونگی ارتعاش ریسمان‌ها رفتار آنها در جهانی بیرونی را مشخص می‌کند، هر خمینه به شکل‌گیری جهانی با قوانین فیزیک منحصر به خود، منتهی می‌شود.
ارسال مطلب به ایمیل دوستاتون:
