مقدمه ای از تاریخچه نظریه ریسمان ها

با سلام

این مطلب را چندین سال پیش از مجله اطلاعات علمی خواندم . همان مطلب را در سایت ها دیدم .

از آنجا که بسیار روان و خوب نوشته شده آن را برای دوستان قرار میدهم.

مهدی بشکنی

 

برگرفته از وبلاگ:                 cygnusx-1.blogfa.com
مقدمه : 

بزرگترین اجسام موجود در جهان یعنی ستارگان تحت تاثیر قانونی هستند که آلبرت اینشتین پیش بینی کرده و همچنین ریزترین اجسام جهان یعنی ذرات زیر اتمی نیز تحت تاثیر قوانین کاملا متفاوتی بنام مکانیک کوانتومی هستند . این دو مجموعه از قوانین در محدوده ی عملکرد خود به گونه ای باور نکردنی کاملا دقیقند ولی هر وقت بخواهیم برای حل برخی از ژرفترین اسرار جهان آنها را با هم ترکیب کنیم به نتایج فجیعی بر میخوریم . چگونه می توانیم نسبیت عام و مکانیک کوانتوم را با هم ادغام کنیم ؟ بله ممکن است مجموعه ای از مفاهیم جدید به نام نظریه ی رشته ها روزی قادر به تشریح تمامی پدیده ها باشند از ریزترین اجزای ماده تا دور افتاده ترین نواحی آن هم با استفاده از ذرات ریز در حال ارتعاش.  

 آغاز جهان یعنی انفجار بزرگ را در نظر بگیرید در آن لحظه یک جرم ناچیز با خشونت منفجر می شود در طی 14 میلیون سال بعد جهان بزرگتر میشود و بعد از سرد شدن به ستاره ها و کهکشانها تبدیل می شود اما اگر فیلم کیهانی مفروض را بصورت معکوس ببینیم هرچه به آغاز زمان نزدیکتر می شویم جهان کوچکتر, داغتر و چگالتر می شود اما وقتی به انفجار بزرگ می رسیم یعنی زمانی که جهان به شدت سنگین بوده و در کنارش بسیار کوچک نمایشگر ما دچار اختلال می شود وقتی دو قانون فیزیک با هم ترکیب می شوند در هم می شکنند.اصلا چرا برای توجیه پدیده ها مجبوریم قوانین فیزیک را باز نویسی کنیم ؟

 میشل داف1 از دانشکاه میشیگان میگوید :

 ما اینطور فرض می کنیم که چنین نظریه ای وجود خارجی داشته باشد و کار ما این است که اگر به اندازه ی کافی سخت کوش باشیم آنرا بدست می آوریم .

استیون وینبرگ 2از دانشگاه تگزاسن می گوید:

تضمینی در میان نیست که ما موفق میشویم ولی دست کم میتوانیم امیدوار باشیم که به نظریه ای دست خواهیم یافت که بر همه چیز حکمفرماست. لازم است که قبل از بررسی این نظریه یک سفر خیالی انجام بدهیم تا بفهمیم چرا این دو مجموعه قوانین با هم در تعارضند؟ نخستین توقف ما در این سفر خیالی در محدوده ی اشیای بسیار بزرگ است . ما برای توصیف جهان در ابعاد بزرگ از نظریه ی نسبیت عام انیشتین استفاده می کنیم. این نظریه در مورد چگونگی عملکرد جاذبه است نسبیت عام فضا را مانند یک تور بزرگ به تصویر میکشد. ساختاری یکدست که اجسام سنگینی مثل ستاره ها و سیارات می توانند آنرا خم کنند و یا تحت کشش قرار دهند. این خمشها و کششها آنچه ما بصورت جاذبه حس میکنیم را بوجود می آورند ماجرای این کشش جاذبه ای که زمین را در مداری بدور خورشید قرار می دهد چیزی نیست جز اینکه سیاره ی ما خطوط تور مانند را که خورشید در فضا بوجود می آورد را دنبال می کند. این تصویر پر از منحنی و خطوط یکدست و ظریف است . برای مشاهده ی تعارض میان این دو مجموعه قوانین لازم است به میزان بسیار زیادی کاهش اندازه پیدا کنیم . همانطور که دنیای اجسام درشت را پشت سر می گذاریم و به ابعاد میکروسکوپی نزدیکتر میشویم تصاویر آشنای فضا که در آن همه چیز قابل پیشبینی است جای خود را به جهانی میدهد که ساختار آن قطعیت بسیار کمتری دارد.اگر همچنان از ذرات زیر اتمی میلیارد ها بار کوچکتر شویم بر اساس مکانیک کوانتومی ساختار فضا ناهموار و پر هرج و مرج می شود در نهایت ما به دنیایی میرسیم که آنچنان آشفته است که عقل سلیم از پذیرش آن سر باز میزند و در اینجا فضا و زمان آنقدر با هم در آمیخته که مفاهیم مرسوم مثل بالا پایین چپ و راست و قبل و بعد بی معنی میشود در دنیای کوانتوم نمی شود چیزی را بطور قطع قبول کرد این دنیا دنیایی وحشی و آشفته است .

والتر لوین 3 از ام آی تی میگوید :

قوانین دنیای کوانتوم تفاوت بسیاری با دنیایی دارد که ما با آن خو گرفته ایم. ما فکر می کنیم همه چیز از رقص پر شور ذرات زیر اتمی تا حرکت منظم سیارات از یک اصل اعظم فیزیکی پیروی میکند. تصویر بی قرار و متغیر فضا و زمان پیشبینی شده توسط مکانیک کوانتوم در تعارض مستقیم با مدل هندسی یکدست و منظم فضا و زمان توصیف شده توسط نسبیت عمومی دارد.اگر بتوانیم آن ابر معادله را بیابیم میتوانیم مشخص کنیم جهان در هر مکان و زمانی چه رفتاری دارد.در این چارچوب تمام نیروها به هم پیوند خورده و متحد میشوند.نظریه ی عمومی شناخته ترین نیرو یعنی جاذبه را توصیف می کند و مکانیک کوانتوم سه نیروی دیگر:1-هسته ای قوی که منجر به چسبیدن پروتونها و نوترونها در هسته می شود 2-هسته ای ضعیف که منجر به ایجاد واپاشی هسته ای میشود 3-الکترو مغناطیس که نور, الکتریسیته و نیروی جاذبه ی مغناطیسی به آن مربوط می شود را بیان میکند. تمام پدیده هایی که در جهان حادث میشوند از شکاف اتم تا تولد ستاره چیزی نیستند جز فعل و انفعالات این 4 نیرو وماده. آلبرت انیشتین 30 سال پایانی عمرش را در رویای یگانه سازی این 4 نیرو صرف کرد شاید نظریه ی رشته ها رویای او را بر آورده سازد .  قرنها دانشمندان ذرات بنیادی هر ماده را بصورت گوی در نظر میگرفتند ولی ادعای نظریه ی رشته ها این است که در مرکز هر ذره تار مرتعشی به نام رشته قرار دارد و این ذرات مرتعش کلید ادغام جهان اجسام بزرگ و اجسام ریز در یک تئوری است.

جیمزگیتز 4 از دانشگاه مریلند میگوید :

البته تا به حال هیچ آزمایشی برای اثبات اینکه این رشته های ریز وجود دارند ابداع نشده.   در آغاز خیلی از دانشمندان فکر می کردند نظریه ی رشته ها عملا بعید است و پیشرفت نظریه ی رشته ها که با مجموعه ای از احتمالات و گردشها و تغییرات همراه بود  درست بودن آنرا کمتر به نظر میرساند. حتی نحوه ی پدید آمدن این نظریه شبیه به یک نیمه افسانه بود که این نیمه افسانه به این قرار است: سال 1968- یک دانشمند جوان ایتالیایی به نام گابریل وانزیانو5 به دنبال مجموعه ای از معادلات میگشت که بتواند نیروی هسته ای قوی را تشریح کند او بطور اتفاقی به کتاب غبار گرفته ای درباره ی تاریخ ریاضیات برخورد کرد و در ان معادله ای به عمر 200 سال را پیدا کرد که توسط یک ریاضیدان سوییسی بنام لئونارد اویلر ثبت شده بود وانزیانو با شگفتی دریافت که معادله ی اویلر که آنرا فقط یک کنجکاوی ریاضیات میدانستند نیروی هسته ای قوی را توصیف می کند .او فورا مقاله ای منتشر کرد و بخاطر این کشف تصادفی مشهور شد. اوکه هم اکنون در پایگاه سرن کار میکند میگوید:گاهی درکتابها نوشته اند این نظریه بطور اتفاقی کشف شد و در یک کتاب ریاضی پیدا شد حقیقت این است که این تابع حاصل یک سال کارو تلاش بود . این تولد نظریه ی رشته ها بود. تابع اویلر که جان تازه ای یافته بود بین دانشمندان همکار دست به دست میشد تا روی تخته سیاه یک فیزیکدان جوان آمریکایی به نام لئونارد سایسکیند6 نشست . او 2 ماه در اتاق زیر شیروانی خانه ی خود گوشه ی عزلت گزید تا موضوع را بیشتر بررسی کند او فهمیده بود که این فرمول نیروی هسته ای قوی را تشریح میکند ولیکن کنار این نمادهای انتزاعی نگاهش به چیزی تازه افتاد او دیده بود که این فرمول ذراتی را توضیح میدهد که ساختار داخلی آنها بی شکلی بود که میتوانستند مرتعش شوندو کارهایی انجام دهند و ذرات نقطه ای نبودند.به تدریج فهمید آنچه که توصیف شده بود یک رشته بود مثل حلقه ی کشی لاستیکی اما این حلقه نه تنها میتوانست تغییر طول دهد بلکه میتوانست حرکت مارپیچ داشته باشد و شگفت انگیزترین چیز این بود که آن دقیقا با فرمول مطابقت داشت در آن زمان او تنها کسی بود که این موضوع را میدانست .

او کشفش را در زمینه ی معرفی مفهوم رشته ها روی کاغذ آورد ولی قبل از اینکه بتواند مقاله اش را منتشر سازد باید توسط هیاتی از متخصصین بررسی میشد او کاملا مطمئن بود عکس العمل به نوشته ی او این است که او را انیشتین دوم یا حتی نیوتون دیگر میخوانند البته پاسخی که به او دادند این بود که مقاله ی او چنگی به دل نمی زند و شاید بهتر این باشد که منتشر نشود.او افسرده و غمگین روی صندلی اش افتاد.این ماجرا او را دلسرد کرده بود. به نظر میرسید با غمگساریهای ساسکیند به دلیل رد شدن تصورات جالب او نظریه ی رشته ها هم از بین رفته باشد. در آن زمان جریان اصلی علم فیزیک ذرات را بصورت نقطه ای پذیرفته بود نه رشته.   در طول دهها سال فیزیکدانان رفتار ذرات را با کوبیدن آنها به یکدیگر در سرعتهای بالا و مطالعه ی برخورد آنها مورد کاوش قرار داده بودند.آنها با مشاهده ی رگبار ذرات تولید شده متوجه شدند که طبیعت خیلی از آنچه می اندیشیدند قویتر است.

شلدون گلاشو7 از دانشگاه بوستون میگوید :

فیزیکدانان در هر ماه یک ذره ی جدید کشف میکردند ذره ها ی امگا، بتا، بنزن، بتا 1 ، بتا 2 ، فایو، مگا و ... خلاصه تعداد حروف بکار برده از تعداد حروف الفبا بیشتر بود. زمان زمان انفجار جمعیت ذرات بود .

 

استیون وینبرگ :

 در آن زمان دانشجویان سال آخر فیزیک به سمت سالن می دویدند و می گفتند آنها یک ذره ی دیگر کشف کرده اند که با نظریه ها مطابقت می کند. دانشمندان در این باغ وحش ذرات فقط مشغول کشف بلوکهای ساختمان ذره نبودند آنها که نظریه ی رشته ها را در آرامگاهش رها کرده بودند پیش بینی تکان دهنده و عجیبی کردند. نیروهای طبیعت را با ذرات ماده نیز میتوان تشریح کرد. این واقعا مفهوم عجیبی بود چیزی شبیه بازی با توپ بود که در آن بازیکنان دوطرف یکسان ذرات ماده هستند و توپی که به سمت هم پرتاب میکنند ذره ی نیروست که به آن ذره ی حامل میگویند.

 

به عنوان مثال در مغناطیس نیروی الکترومغناطیسی یعنی توپ یک فوتون است هرچه این فوتون ها بیشتر بین  اتمها رد و بدل میشدند جاذبه ی مغناطیس نیز بیشتر میشد. دانشمندان پی برده بودند که این جاذبه ی ذرات حامل است که آنچه ما بصورت نیرو حس میکنیم را بوجود می آورد. آزمایشها با کشف ذرات حامل برای الکترومغناطیس نیروی هسته ای قوی وضعیف این پیش بینی را تصدیق میکرد.دانشمندان با کشف این ذرات به رویای اینشتین برای یگانه سازی نیروها نزدیک میشدند.فیزیکدانهایی که بر روی ذرات کار می کردند اینگونه استدلال کردند که اگر فیلم کیهانی را به عقب برگردانیم و به نخستین لحظه های بعد از انفجار بزرگ برسیم یعنی در حدود 14 میلیار سال پیش زمانی که جهان هزارها میلیارد درجه گرمتر بود ذرات حامل برای الکترومغناطیس و نیروی هسته ای ضغیف غیر قابل تشخیص از هم بودند و نیروی یگانه ای با نام الکتروویک را را بوجود خواهند آورد . آزمایشات نشان میدهد اگر فیلم کیهانی را حتی بیش از این به عقب بزنیم نیروی الکتروویک با نیروی هسته ای قوی ادغام شده و طبیعتا یک ابر نیروی قوی را بوجود می آورند.با اینکه این ادعا کاملا اثبات نشده اما مکانیک کوانتومی قادر است تشریح کند که چگونه این سه نیرو در محدوده ی درون اتمی رفتار میکنند.

شلدون گلاشو:

ناگهان ما  یک نظریه ی استوار فیزیک ذرات بنیادی را در اختیار داشتیم که ما را قادر میساخت تمامی در هم کنشهای ضعیف قوی والکترومغناطیس را با یک زبان توصیف کنیم این ادعا منطقی بود و به تفصیل در کتب آموزشی ذکر شد.

استیون وینبرگ:

 همه چیز بسوی تصویر ساده از ذرات و نیروهای شناخته شده در حرکت بود.تصویری که در نهایت به مدل استاندارد مشهور شد.این نام را من برای آن برگزیدم. پروفسورها شلدون گلاشو-عبدالسلام و استیون وینبرگ.اسم و نظریه ی تهیه کنندگان مدل استاندارد به نقل تمامی مجالس علمی تبدیل شده بود و جایزه های نوبل را پشت سر هم درو می کرند اما در پشت این هیاهو غفلتی خود نمایی میکرد.با اینکه مدل استاندارد سه مورد از نیروهای شناخته شده را تشریح میکرد اما شناخته شده ترین نیرو-جاذبه- را در بر نمی گرفت. نظریه ی رشته ها که تحت الشعاع مدل استاندارد قرار گرفته بود در دنیای علم فیزیک به فراموشی سپرده شده بود.

گابریل ونزیانو:

اغلب اعضای جامعه ی علم فیزیک علاقه خود را به نظریه ی رشته ها کاملا از دست داده بودند.آنها میگفتند قبول که این نظریه بسیار جالب و باشکوه است اما ربطی با طبیعت ندارد.

جیمز گیتز:

با این وجود هرچه افراد سخت کوش در نظریه غوطه ور می شدند با مشکلات بیشتری روبرو میشدند.

 

جوزف لیکن 8از فرمی لب میگوید:

نخستین نسخه ی نظریه ی رشته ها چند اشکال داشت.یکی از این اشکالات این بود که این نظریه وجود ذراتی را پیش بینی میکرد که ما میدانیم با اصول فیزیکی مغایرت دارد.

 

جان شوارز 9از انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا میگوید:

این چنین به عمل آمده بود که این نظریه به 10 بعد اضافی نیاز دارد و این از تعداد موجود بیشتر بود.  

کامران وفا فیزیکدان ایرانی 10 از دانشگاه هاروارد میگوید:

 این نظریه یک ذره ی بدون جرم را در خودش داشت که در آزمایشات دیده نمیشد به نظر نمیرسید که این نظریه منطقی باشد.  

 

 سال 1973- در این سال تعداد انگشت شماری از فیزیکدانان جوان با معادلات نظریه ی رشته ها دست و پنجه نرم میکردند اما یکی از آنها جان شوارز بود که خودش را درگیرمشکلات زیاد نظریه ی رشته ها کرده بود از جمله ی این مشکلات یکی پیش بینی ذره ی بدون جرم بود که هرگز در طبیعت مشاهده نشده بود و دیگری تعدادی ناهمخوانی و تناقضهای ریاضی. شوارز 4 سال برای رام کردن معادلات سرکش ریاضی صرف کرد انها را تغییر می داد تبدیل میکرد بارها و بارها آنها را به شکلهای مختلف به هم می آمیخت ولی هیچ فایده ای نداشت.

 

 درست در زمانی که شوارز قصد رها کردن نظریه را داشت ناگهان فکری به ذهنش رسید: شاید این معادلات نیروی جاذبه را توصیف می کرد البته این بدین معنا بود که باید میان این تارهای ریز انرژی تجدید نظر شود. شوارز: به محض اینکه این احتمال را دادیم که با نظریه ای در رابطه با جاذبه روبرو هستیم مجبور شدیم در اندازه ی ذرات تجدید نظر کنیم. با این فرض که رشته ها 100 میلیارد میلیارد بار کوچکتر از اتمند یکی از نقضهای نظریه به فضیلت تبدیل شد. به این ترتیب به نظر میرسید ذره ی اسرار آمیزی که جان شوارز سعی می کرد از شر آن خلاص شود  ذره ای باشد که مدتهای مدیدی برای پیدا کردن آن تلاش شده بود و دانشمندان معتقد بودند نیروی جاذبه را در محدوده ی کوانتومی منتقل می کند .نظریه ی رشته ها حلقه ی گم شده مدل استاندارد را فراهم آورد .

 

جان شوارز تصمیم گرفت نظریه ی جدیدش در مورد چگونگی عملکرد نیروی جاذبه در محدوده ی درون اتمی را منتشر کند . با اینکه کاملا واضح بود نظریه صحیح است اما جامعه ی علمی عملا هیچ واکنشی نسبت به آن نشان نداد. یکبار دیگر نظریه ی رشته ها نادیده گرفته شد و این باعث تعلل شوارز در کارش نمی شداگر رشته ها نیروی جاذبه را در محدوده ی کوانتومی تشریح می کردند پس باید کلید یگانه سازی 4 نیرو باشد.او در این جستجو با یکی دیگر از معدود دانشمندانی که حاضر بودند خطر کار بر روی این نظریه را بپذیرند همراه شد .مایکل گرین.

مایکل گرین11 از دانشگاه کمبریج می گوید :

 ما مجبور بودیم با این حقیقت که نظریه در اواخر دهه ی 1980 هنوز با نا همخوانی همراه است روبرو شویم . ما تا اندازه ای مطمئن بودیم نظریه ی رشته ها بوضوح صحیح است . ناهمخوانی های ریاضی میتوانند منجر به فنای یک نظریه شوند.بهتر است از مثالی ساده استفاده کنیم: فرض کنید نظریه ای داریم که در آن دو معادله ی فیزیکی جهان ما را توصیف میکند. اگر یکی را حل و به پاسخ x=1 برسیم ودر دیگری x=2 شود نظریه ی ما دچار ناهمخوانیست.چرا که مقدار x باید یگانه باشد و اگر معادلات را اصلاح نکنیم نظریه ی ما محکوم به نابودی است. شوارز و گرین به مدت 5 سال با نا همخوانیهای نظریه ی رشته ها دست و پنجه نرم میکردند. سال 1984- یک نیمه شب گرم تابستانی از راه رسید و کار آنها بالاخره  به نتیجه رسید.نتیجه ی محاسبات آنها به طور خارق العاده ای به یک جواب رسید.در یک سوی تخته سیاه به عدد 496رسیدند و اگر در سوی دیگر نیز به همین مقدار میرسیدند ثابت میشد در نظریه ناهمخوانی وجود ندارد.

 

گرین میگوید:من آن لحظه ی حساس را دقیقا در ذهن دارم.من و جان پای تخته با هم صحبت میکردیم و روی معادلات کار میکردیم. در اطراف خانه طوفان کوهستانی عظیمی به راه افتاده بود و شوخی میکردم که احتمالا خیلی نزدیک شدیم چون خدایان سعی میکنند ما را از این محاسبات باز دارند و البته جوابها یکی شد.

 

شوارز میگوید:به این ترتیب ما فهمیدیم که رشته ها نه تنها 4 نیروی لازم بلکه نیروهای دیگر را نیز تشریح میکنند.بحثهای ما رنگ و بوی تازه به خود گرفت و این معادلات را بصورت احتمالی برای محقق ساختن روءیایی که انیشتین در سالهای پایانی عمرش بیان کرده بود میدیدیم. ولی اینبار عکس العملها بسیار زیاد بود در طی یکسال تعداد نظریه پردازان رشته ها از تعداد انگشت شمار به تعداد چندصد نفر افزایش یافت.

 

گرین: تا آن زمان طولانیترین سخنرانی من یک سخنرانی 5 دقیقه ای در یک کنفرانس بی اهمیت بود اما بعد از نظریه از سراسر جهان برای سخنرانی دعوت میشدم. به نظریه ی رشته ها نام نظریه ای برای همه چیز داده بودند.به نظر می رسید نسخه ی با شکوه نظریه ی رشته ها قادر است تمام موءلفه ها ی بنیادین طبیعت را تشریح کند.

 

ماجرا به این قرار است:در درون هر دانه ماسه میلیارد ها اتم کوچک وجود دارد هر اتم از هسته و خود هسته از پروتون و نوترون تشکیل شده و اللکترونها بدور هسته میچرخند اجزای زیر اتمی خود از اجزای ریزتری بنام کوارک تشکیل شده اند اما بر اساس نظریه ی رشته ها این پایان کارنیست بر این اساس اجزایی که جهان از آن تشکیل شده خود از ذرات ریزتری تشکیل یافته اند.تارهایی رشته مانند.اگر یک اتم را به اندازه ی منظومه ی شمسی بزرگ کنیم یک رشته اندازه ای معادل یک درخت را دارد و ارتعاشات آن درست مانند الگوی ارتعاشی یا بسامدهای سیم ویالون سل  آنچه ما بصورت نتهای مختلف میشنویم را بوجود می آورند. ارتعاشات مختلف رشته منجر به ایجاد خصوصیات متفاوت میشود.خصوصیاتی مثل جرم بار الکتریکی و ....به عنوان مثال تنها تفاوت ذراتی که ما ازآن تشکیل شده ایم و ذراتی که جاذبه را منتقل میکنند در نحوه ی ارتعاش رشته های آن است. جهانی که از تعداد بیشماری از این رشته های ریز تشکیل شده را میتوان به عنوان سمفونی عظیم کیهانی در نظر گرفت.

برایان گرین12 از دانشگاه کلمبیا میگوید:

کاری که نظریه ی رشته ها میکند این است که با سازگارسازی اساسا بیقراری مکانیک کوانتومی را آرام میکند. بنا براین بیقراریها در فضای منظم ویکدست فضا وجود دارند اما بسیار کم است. ولی دراین نظریه ی نوین رخنه ای دیده میشود. شلدون گلاشو:هیچ آزمایشی نمیتواند آنچه در اندازه هایی که تحت مطالعه قرار می گیرند را بررسی کند.هیچ مشاهده ای نمی توان درباره ی این اندازه های ریز و انرژی بسیار زیاد داشت.این نظریه دور از دسترس است. از آنجا که معادلات پیچیده ی رشته ها برای کارکرد صحیح نیازمن چیزی هستند که عینا شبیه داستانهای علمی تخیلی است-یعنی افزایش ابعاد فضا-اثبات تصدیق نظریه ی رشته ها  مشکلتر میشود.

آماندا پیت13 از دانشگاه تورنتو میگوید:

قرنهاست که ما فکر میکردیم تنها چیزهایی که میبینیم وجود دارند و حتی کسانی که ابعاد فضا را بیشتر از 3 بعد میدانستند دیوانه و مجنون خوانده میشدند. با این وجود نظریه ی رشته ها حقیقتا آن را پیش بینی میکند. نظریه پردازان رشته ها برای اینکه حرفشان جدی گرفته شود باید توضیح میدادند که چگونه پیش بینی عجیب میتواند درست باشد. آنها ادعا میکنند این مفهوم افزایش ابعاد فضا بیش از آنچه به نظر می آید میتواند واقع بینانه باشد.بهتر است منظورم را برای شما بیشتر شرح دهم:من میخواهم به دیدن کسی بروم که یکی از اولین افرادی بود که به این مفهوم عجیب فکر کرد قرار است من راس ساعت 4 او را در آپارتمانش در خیابان 5ام آپارتمان 95ام طبقه ی دوم خانه اش ببینم به 4 مورد اطلاعات نیاز دارم 3 مورد درباره ی فضا و یک مورد درباره ی زمان. این که ما در جهانی با سه بعد زندگی میکنیم تردید ناپذیر است.

 

در سال 1919 تئودور کالزا14ریاضی دان گمنام آلمانی این جسارت را داشت که این امر بدیهی را به چالش بکشد.او میگفت فقط ممکن است جهان ما یک بعد اضافی نیز داشته باشد که به دلیلی ما نمیتوانیم آنرا ببینیم.او عقیده اش را بصورت نامه ای به آلبرت اینشتین نوشت و با اینکه ابتدا اینشتین به آن علاقه مند شد اما دچار تردید شد و انتشار مقاله ی او را دو سال به عقب انداخت بالاخره وقتی اینشتین به این نتیجه رسید که ابعاد اضافی فضا میتوانند موجود باشند مقاله ی کالزا منتشر شد.

ماجرا از این قرار بود که در سال 1916 اینشتین نشان داد که نیروی جاذبه بجز موج و خم در 4بعد فضا و زمان چیزی نیست,فقط 3 سال بعد کالزا گفت شاید الکترومغناطیس هم از امواج منتشر شده باشد.برای اینکه صحت آن ثابت شود کالزا به محلی برای انتشار امواج نیاز داشت به همین دلیل او ادعا کرد که یک بعد اضافی هم وجود دارد و اگر او درست میگفت این بعد اضافی در کجا وجود داشت ؟چه خصوصیاتی داشت و آیا میتوانیم دست کم آنرا تصور کنیم؟ اسکار کلاین15 فیزیکدان سوئدی بر اساس نظریه ی کالزا نظریه ای عجیب ارائه داد.مثلا: کابلهای برق را در نظر بگیرید از فاصله ی دور ضخامت آنها توسط چشمان ما دیده نمی شود و ما فقط یک خط میبینیم,فرض کنید میتوانستیم از فاصله ی نزدیک آنها را ببینیم مثلا از دید یک مورچه که روی آن قرار دارد در ایم حالت مسیر پیچش دار سیم نمایان میشود بنا بر این ابعاد میتوانند تنوعی دوگانه داشته باشند.میتوانند مانند طول کابل طولانی و گسترده باشند و ضمنا مینوانند مثل مسیر مدوری که به دور سیم میچرخد ریز و حلقه مانند باشد. کالزا و کلاین ادعای شگفتی اراعه دادند و گفتند ساختار جهان ما هم شاید مثل کابلهای برق باشد هم ابعاد بزرگ سه بعدی داشته باشد و هم ابعادی ریز و حلقه مانند میلیاردها بار کوچکتر از اتم که ما قادر به دیدن آنها نیستیم. این مفهوم که ابعاد اضافی در فضا وجود دارند از مفاهیم اصلی نظریه ی رشته هاست. ریاضیات این نظریه نه تنها به یک بعد بلکه به 6 بعد اضافی نیاز دارد. ابعادی پیچ در پیچ و حقه مانند که شاید به این شکل باشند.

 

ادوارد ویتن16 از انستیتو مطالعات پیشرفته میگوید:

اگر به نظریه به گونه ای که اکنون در اختیار داریم اتخاذ کنیم به این نتیجه میرسیم که ابعاد اضافی فضا وجود دارند وبخشی از طبیعتند.

جوزف لیکن میگوید:

وقتی درباره ابعاد اضافی فضا صحبت میکنیم منظورمان ابعادی شبیه به ابعاد پیرامون ماست و تنها تفاوت در شکل آنهاست. چگونه این ابعاد حلقه مانند بر جهان پیرامون ما اثر میگذارند؟در پاسخ به این سوال باید گفت در نظریه ی رشته ها مهمترین موضوع شکل است.شیپور فرانسوی به دلیل شکلی که دارد قادر است نتهای گوناگونی تولید کند که نوازنده میتواند شکل فضای درون شیپور را که هوا در آن جریان دارد را تغییر دهد ما معتقدیم که ابعاد فضایی حلقه مانند نظریه ی رشته ها نیز به روش مشابهی رفتار میکنند.

دنیای ما مثل ماشینی است که به شکل دقیق و ظریفی تنظیم شده ,دانشمندان دریافتند حدود 20 عدد قانون ثابت طبیعت وجود دارد که خصوصیاتی که ما میبینیم را به جهان میدهد.همه ی اینها اعدادی هستند مثل وزن الکترون,قدرت نیروی الکترومغناطیس, سرعت نور, ثابت گرانش,نیروی هسته ای قوی و ضعیف و ....به این ترتیب تا وقتی تنظیمات جهانمان را بر اساس مقدار دقیق این اعداد 20گانه قرار دهیم این ماشین جهان که ما میشناسیم درست کار میکند.ولی اگر تنظیمات این ماشین را در هر ذره جابجا کنیم و این اعداد را تغییر دهیم این کار ما پیامدهای حیرت انگیزی دارد به عنوان مثال اگر من قدرت نیروی الکترومغناطیس را افزایش دهم کهکشانها با شدت بیشتری یکدیگد را دفع میکنند, کوره های هسته ای مشتعل کننده ستاره ها از بین میروند و جهان نابود میشود بر این اساس یک سوال مطرح میشود: چه چیزی در طبیعت مقادیر این ثابتهای 20 گانه را تنظیم میکند؟ شاید پاسخ رشته ها باشد. شاید حقیقتا این اشکال ریز چند بعدی تمام ثابتهای جهانی را تنظیم میکنند و سمفونی عظیم کیهانی را به درستی اجرا میکنند. دهه ی 1980-در طول چند سال نظریه پردازان رشته ها بگونه ای موفق بودند که نه یک نسخه بلکه 5 نسخه ی متفاوت از نظریه ی رشته ها را طرح ریزی کرده بودند.همه ی این نسخه ها بر اساس رشته ها و ابعاد اضافی فضا برنامه ریزی شده بودند اما در جزئیات با هم هماهنگی نداشتند در بعضی تارها رشته هایی گشوده بودند و در برخی حلقه هایی بسته. 2 تا از نسخه ها در اولین مراحل کار نیازمند 26 بعد بودند.اعتبار هر 5 نسخه به یک اندازه بود ولی کدامیک حقیقتا جهان ما را توصیف میکرد؟ میشل گرین:یکی از ایرادهایی که مخالفین نظریه میتوانستند از آن بگیرند این بود که شما به جای یک نظریه منحصر به فرد 5 نظریه دارید. به نظر میرسد بازار گرم نظریه ی رشته ها باز گرمی خود را از دست داده و بسیاری از فیزیکدانان نا امیدانه آنرا کنار گذاشته اند. آیا مشخص میشود نظریه ی رشته ها نظریه ای برای همه چیز است یا نظریه ای برای هیچ چیز؟    

     پی نوشتها:

1. michael duff 2. steven weinberg 3. walter h. G. Lewin 4. james gates 5. gabriele veneziano 6. leonard susskind 7. sheldon lee glashow 8. joseph lykken 9. john h. Schwarz 10. cumrun vafa 11. michael b. Green 12. BRIAN GREEN 13. AMNDA PEET 14. theodor kaloza 15. oskar klien 16. edward witten

منبع: 1.http://www.pbs.org/wgbh/nova/transcripts/3013_elegant.html