نظریه ریسمان

نظریه ریسمان یکی از نظریاتی است که در قرن بیستم شکل گرفت و اکنون یکی از جذاب ترین سناریوهایی است که می تواند کائنات را در ریزترین جزئیات توصیف کند. این نظریه با استفاده از مفاهیم فیزیک کوانتوم و نسبیت عام انشتین ساخنه شده و چارچوبی است برای بررسی دقیق تر جهان هستی. این نظریه برای اولین بار در سال 1960 ارائه شد، زمانی که مکانیک کوانتومی و نسبیت موفقیت های خود را یک به یک نشان می دادند.

حتی از زمان یونانیان باستان، فیلسوفان بر این باور بودند که جهان هستی از دو موجود نیرو و ماده تشکیل شده و مواد در جزئی ترین حالت خود از ذرات ریزی به نام اتم ساخته شده اند. بعدها با پیشرفت در این زمینه، دانشمندان دریافتند که اتم نیز ساختاری دارد که در واقع خود اتم از الکترونها و هسته تشکیل شده اند. به طوری که الکترونها همواره به دور اتم می چرخند و این گونه اتم و در نهایت ماده پایداری دارد. در آن زمان الکترونها، پروتونها و نوترونها ذرات بنیادی نام گرفتند. امروزه به مدد شتابدهنده ها و آزمایشگاههای پیشرفته می دانیم که الکترونها و ذرات درون هسته نیز از ذرات کوچک دیگری به نام کوارک ها، نوترینوها و بوزونها و … تشکیل شده اند.

مسئله از اینجا آغاز شد که چرا جهان ما در ابتدایی ترین سطوح خود از جنگل آشفته و متنوعی از موجودات ساخته شده است. به همین دلیل دانشمندان به دنبال یک نظریه ای بودند که یگانگی و وحدتی بین ذرات را نشان دهد. نظریه ریسمان بر این اساس نوشته شده است که تمام ذرات با تنوع بسیار زیادی که وجود دارند، همگی از یک موجود واحد شکل گرفته اند. اما مگر ممکن است؟!! برای درک ساده این موضوع، به صداهای متفاوتی که از سیم های ویولون به گوش می رسد فکر کنید. تمام این اصوات متنوع تنها از چند تار سیم بوجود می آیند. با این تصور، دانشمندان فرض کردند که اگر به سطح پایینتری از ذرات بنیاذی سفر کنیم، ماهیت تمام ذرات از ریسمانها تشکیل شده است (البته نه ریسمانهای معمولی بلکه ریسمانهایی یک بعدی اما در فضای 11 بعدی که ما نمی توانیم ابعاد آنها را درک کنیم!) و هر ذره با ویژگی های منحصر بفردش حاصل نواختن خاصی از این ریسمانها می باشد. ریسمانهایی که همگی از جنس انرژی هستند. علت اینکه جنس این ریسمانها از انرژی در نظر گرفته شد به علت هم ارزی جرم و انرژی بود که پیش تر انشتین آن را اثبات کرده بود و همچنین مکانیک کوانتومی ماهیت موج-ذره ای ذرات را تایید کرده بود.

برای درک بهتر ابعاد اضافه یک مثال ساده می زنیم. ابتدا قرارداد می کنیم که اجسام یک بعدی، اجسامی هستند که تنها در یک راستا تعریف می شوند مانند یک خط که تنها با طول معرفی می شود. در مرحله بعد اجسام دو بعدی اجسامی هستند که تنها از دو بعد طول و عرض می توانند وجود داشته باشند مانند بک صفحه بسیار نازک که تنها سطح برای آن تعریف شده است. در مرحله بعدی اجسام سه بعدی شامل فضا یا سه بعد مکان یعنی طول و عرض و ارتفاع هستند وانند یک مکعب و یا هر جسم حجمدار. درنهایت زمان نیز به عنوان یک بعد در کنار این ابعاد قرار می گیرد که این موضوع در نظریه نسبیت عام مطرح شد و تایید هم شد. حال فرض کنید یک کابل سیم برق نازک داریم. از نگاه ما این سیم یک جسم یک بعدی است اما برای یک موجود بسیار کوچکتر مانند مورچه که می تواند سطح یا دور سیم را بپیماید، این سیم یک جسم دو بعدی و دارای سطح می باشد. به همین ترتیب در ابعاد کوچکتر ممکن است ابعادی وجود داشته باشد که ما از درک آنها عاجز هستیم اما این موضوع دلیلی بر نبودشان نیست.

 مثالی دیگر برای درک بهتر ابعاد بالا این است که فرض کنید ما موجوداتی هستیم که محدود به زندگی در دنیایی دو بعدی هستیم، یعنی محدود به یک صفحه ای هستیم که ضخامتی ندارد و قادر به درک بعد سود یا ارتفاع و حجم نیستیم. در چنین شرایطی، تصور کنید که یک کره سه بعدی در حال عبور از دنیای ما است. درک ما از این واقعه چیست؟ آنچه که ما رصد می کنیم ظهور یک نقطه و سپس گسترش آن تا میزان قطر کره و سپس جمع شدن تا یک نقطه و در نهایت ناپدید شدن آن است. اگر موجوداتی باهوش باشیم می توانیم مختصات و زمان دقیق ظهور و ناپدید شدن موجود عجیب و غریب را بیابیم یا حتی سرعتی برای نرخ تغییرات آن محاسبه کنیم و یا … اما در هر صورت هیچ گاه درکی از یک کره سه بعدی نخواهیم داشت. به همین صورت ممکن است که ابعاد بالاتر وجود داشته باشند و ما آن ها را درک نمی کنیم، بلکه تنها محدود به مشاهده حقیقت در بعد خود هستیم. داقعیتی که ما می بینیم حقیقت محض خلق شده نیست، بلکه تنها تصویر حقیقت در دنیای 3+1 بعدی است که ما به آن محدود شده ایم.

در نتیجه اگر می توانستیم به داخل ذرات برویم، مشاهده می کردیم که هر ذره از یک حلقه ریسمان مرتعش در فضایی 11 بعدی  تشکیل شده که بسامد و فرکانسهای مختلف ارتعاش، باعث تولید یک ذرات متفاوت می شود. اگر اگر میزان کشش رشته و یا بسامد آن تغییر کند، ذره ی ذیگری خلق می شود. بدین ترتیب ذرات بنیادی و زیراتمی چیزی نیستند جز نتهای موسیقی مختلف که توسط این ریسمانهای مرتعش بوجود آمده اند. بنابراین جهان سمفونی از این ریسمانها است و نغییرات کیهان یک موسیقی است که در سراسر عالم طنین انداز شده است.

اکنون که می پذیریم دنیای ما اسرارآمیزتر از آنچه که می دانستیم هست، پس باید در راستای قوانین حقیقی قرار گیریم، حقایقی که تایید می کنند ما و آنچه که موجود است از انرژی بوجود آمده که ماهیت و چرایی آن را نمی دانیم، و تنها می خواهیم قوانین آن را کشف کنیم. قوانینی زیبا و حیرت انگیز.