آیا شرح گرانش بدون نظریه ریسمان ممکن می گردد؟ - فیس راز

برای چندین دهه بیشتر فیزیکدانان توافق نموده اند که حلقه مفقوده میان نظریه نسبیت عام اینشتین که قوانین طبیعت را در مقیاس بزرگ توصیف می نماید و مکانیک کوانتومی که پدیده ها را در کوچک ترین مقیاس توصیف می نماید، نظریه ریسمان است.

با این وجود، به تازگی یک همکاری بین المللی به سرپرستی فیزیکدانان دانشگاه رادبود (Radboud University) در نشریه فیزیکال ریویو لترز (Physical Review Letters) شواهد قانع نماینده ای ارائه نموده است که نشان می دهد نظریه ریسمان تنها نظریه ای نیست که می تواند این پیوند را ایجاد کند. این دانشمندان نشان دادند که می توان نظریه ای درباره گرانش کوانتومی ساخت که بدون احتیاج به نظریه ریسمان، از تمام قوانین اساسی فیزیک پیروی کند.

هنگامی که گرانش را در دنیا خود مشاهده می کنیم، مانند حرکت سیارات یا گذر نور از نزدیکی سیاهچاله، به نظر می رسد که همه چیز از قوانینی پیروی می نماید که اینشتین در نظریه نسبیت عام خود شرح داده است. از سوی دیگر مکانیک کوانتومی هم نظریه ای است که ویژگی های فیزیکی طبیعت را در کوچک ترین مقیاس اتم ها و ذرات زیراتمی توصیف می نماید.

اگرچه این دو نظریه به ما امکان داده اند که هر پدیده فیزیکی اساسی مشاهده شده را شرح دهیم، اما با یکدیگر در تضاد هستند و فیزیکدانان برای تطبیق این دو نظریه درباره شرح گرانش در بزرگ ترین و کوچک ترین مقیاس، مسائل زیادی دارند.

بدون نظریه ریسمان

در دهه 1970 میلادی فیزیکدانان مجموعه تازهی از اصول فیزیک را برای حل این مشکل پیشنهاد کردند و قوانین ارائه شده به وسیله نظریه نسبیت عام را توسعه دادند. بر اساس این نظریه که نظریه ریسمان (String Theory) نام گرفته است، همه چیز در اطراف ما نه به وسیله ذرات نقطه ای، بلکه به وسیله ریسمان ها شکل گرفته اند؛ اجرام تک بعدی که ارتعاش می نمایند. از زمان معرفی، نظریه ریسمان گسترده ترین چارچوب نظری بوده است که تصور می گردد نظریه نسبیت عام اینشتین را به یک نظریه برای گرانش کوانتومی کامل می نماید.

با این وجود اکنون یک ارائه تازه به وسیله فیزیکدانان نظری دانشگاه رادبود نشان می دهد که نظریه ریسمان تنها راه برای انجام این کار نیست. فرانک ساورسیگ (Frank Saueressig) فیزیکدان نظری در این باره می گوید: به عقیده ما که هنوز هم می توان گرانش را با استفاده از مکانیک کوانتومی و بدون استفاده از قوانین نظریه ریسمان شرح داد.

او اضافه کرد: ما نشان می دهیم که این ایده که همه چیز از ذرات نقطه ای تشکیل شده است، همچنان می تواند با گرانش کوانتومی بدون احتساب ریسمان ها تناسب داشته باشد. این چارچوب فیزیک ذرات به طور تجربی هم، برای نمونه در برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) در سرن، تأیید شده است.

در آزمایش ها

به گفته ساورسیگ استفاده از این نظریه جایگزین برای دانشمندان مجذوب کننده است، زیرا تا به امروز اتصال نظریه ریسمان به آزمایش ها بسیار سخت بوده است اما ایده آن ها از اصول فیزیکی بهره می برد که قبلا به صورت تجربی آزمایش شده اند.

او اظهار داشت: به بیان دیگر هیچ کس تا به امروز ریسمان ها را در آزمایش ها مشاهده ننموده است اما ذرات چیزهایی هستند که افراد قطعا در آزمایش های LHC می بینند. این به ما امکان می دهد شکاف میان پیش بینی های نظری و آزمایش ها را آسان تر پر کنیم.

فقط یک مجموعه قانون

این گروه پژوهشی بین المللی پس از آنکه نشان داد ایده های آن ها قادر به حل مسائل طولانی مدت در فیزیک ذرات است، اکنون در حال آنالیز پیامدهای حاصل از قوانین تازه خود در سطح سیاهچاله ها است.

ساورسیگ گفت: به هر حال تنها یک مجموعه از قوانین طبیعت وجود دارد و این مجموعه باید بتواند درباره انواع پرسش ها اعمال گردد، از جمله اینکه وقتی ذرات با انرژی های فوق العاده بالا را برخورد می دهیم چه روی می دهد و یا اینکه وقتی ذرات به یک سیاهچاله فرو می ریزند، چه اتفاقی می افتد.

او تأکید کرد: این واقعا فوق العاده است که نشان دهیم در واقع یک پیوند میان این پرسش های به ظاهر متمایز وجود دارد که به حل معماهایی در هر دو سمت می انجامد.

عکس کاور: طرحی از حرکت یک ذره به عنوان مبنای نظریه ریسمان

Credit: Trailfan/Flickr

منبع: Phys.Org