ماهيت بنيادين فضا - بخش دوم و آخر

اَبَر ريسمان ها و ابعاد اضافي و هندسه كوانتومي

ابر ريسمان ها
فيزيكدانها به دنبال گسترش مكانيك كوانتومي همواره در پي نظريه يكپارچه بودند . با وجود پيشرفت بسيار محدود ، دهه 1980 زماني بود كه "جان شوارتز" از موسسه فناوري كاليفرنيا و "مايكل گرين" از كالج كويين مري انگليس ، نظريه اي به نام نظريه ريسمان ها يا ابر ريسمان ها را مطرح كردند . اين نظريه نه تنها نسبيت و مكانيك كوانتومي را با هم ادغام ميكند ، بلكه تلاشي براي توضيح پديده هاي مرموزي است كه تشكيل دهنده تمام ذرات در كيهان هستند.
نظريه ريسمانها تسريح ميكند كه كواركها ، الكترونها و ديگر ذرات ماده بيشتر از اينكه شبيه نقطه باشند ، شبيه خطوطي هستند كه ريسمان ناميده ميشوند.

اين ريسمانها بسيار كوچك هستند – كمتر از يك ميليارد يك ميلياردم شعاع يك الكترون . اين ريسمانها درست شبيه تارهاي يك ويواون ، ميتوانند با فركانسهاي مختلفي مرتعش شوند . يك رشته كوچك در فضا-زمان قابليت ارتعاش در وضعيتهاي مختلف براي ايجاد انواع مختلف ذرات بنيادي را دارد.
علاوه بر اينكه ريسمانها تمام ذرات ماده را در فضا-زمان شكل ميدهند ، طبق اين نظريه ، ريسمانها همچنين همه نيروي حامل ذراتي كه بر روي ماده اثر ميكنند را نيز شكل ميدهند . بعلاوه ، اين نظريه حركت ريسمانها را در انحناي فضا-زمان پيشنهاد ميدهد . بنابراين نظريه ريسمانها فطرتا با گرانشي كه نسبيت عام شرح داده ، هماهنگي دارد.
فيزيكدانان بر اين باور هستند كه ريسمانها در دو شكل اصلي هستند ؛ باز يا بسته . يك ريسمان باز دو انتهاي آزاد دارد ، در حاليكه يك ريسمان بسته شكلي شبيه حلقه دارد . ريسمانها بواسطه جداشدن و ملحق شدن ، بر هم كنش دارند . بنابراين يك ريسمان ميتواند به دو ريسمان مجزا تبديل شود و از يه هم پيوستن دو ريسمان جدا از هم ميتواند يك ريسمان مستقل شكل بگيرد . يك ريسمان باز ميتواند به يك ريسمان بسته تبديل شود و يك ريسمان بسته ميتواند به دو ريسمان باز تفكيك شود . اين بر هم كنش ها و حركات ، به تعيين نوع ذرات و ايجاد نيروهايي كه ريسمانها سبب ميشوند ، كمك ميكنند.
همچنين اين نظريه ، فضا-زمان را فراتر از چهار بُعد پيش بيني ميكند . در واقع تفسير رياضي نظريه ريسمانها بدون در نظرگرفتن ابعاد اضافي و ارتعاش ريسمانها در 10 بعد ، امكانپذير نيست . اما اين ابعاد اضافي كجا هستند و چرا ما قادر به ديدنشان نيستيم؟ فيزيكداناني كه روي اين نظريه كار ميكنند ، اظهار ميكنند كه به خاطر اين قادر به ديدن ابعاد اضافي نيستيم كه آنها در توپهاي كوچي پيچيده شده اند . هر توپ به اندازه يك "طول پلانك" يا 10^-27×16.163 نانومتر است و اين توپها در تمام نقاط در فضاي اطرافمان وجود دارند . فيزيكدانان معتقدند خواص اين ابعاد پيچ خورده در هم ، تعيين كننده خواص ذرات بنيادي در طبيعت هستند.

هندسه كوانتومي
حركت ديگر به سوي يگانه كردن مكانيك كوانتومي و نسبيت عام ، به هندسه كوانتوميمشهور است ؛ نظريه اي كه توسط "افي اشتكار" از دانشگاه سيراكس در نيويورك در اوايل دهه 1980 مطرح شد . برخلاف نظريه ريسمانها كه تلاش ميكند تا زيرساخت طبيعت كوانتومي همه ذرات و نيروهاي موجود در فضا-زمان را توضيح دهد ، هندسه كوانتومي كالبد و استخوان بندي خودِ فضا-زمان را با داشتن مشخصات كوانتومي ، شرح ميدهد . بر طبق اين نظريه ، در فواصل بسيار كوچك ، فضا شبيه به پارچه اي مواج با تار و پودي در هم تنيده است . اتصالات و بر هم كنشهاي مابين اين اين تارهاي مواج باعث پيوستگي فضا-زمان (پيوستگي كامل) در بطن نسبيت عام ميشوند . فيزيكدانان در مورد نحوه ارتباط رفتار اين ريسمانهاي داراي انرژي و پتكاپوي فضا-زمان به ذرات تشكيل دهنده مواد و يا به نيروهاي حامل ذرات مطمئن نيستند.
به خاطر اينكه ريسمانها خود ، فضا-زمان را ميسازند ، حدفاصل بين ريسمانها ناحيه اي است كه فضا-زمان امكان وجود ندارد . حتي فيزيكدانان براي اين موضوع توضيحي ندارند.
هندسه كوانتومي براي تفسير فضا-زمان برخلاف نظريه ريسمانها نيازي به وجود ابعاد اضافي ندارد . در اين تئوري ، فضا-زمان بعنوان يك پس زمينه چهار بعدي براي وجود ذرات بنيادي محسوب ميشود . با اين وجود اين نظريه برخلاف نظريه ريسمانها توضيحي براي اينكه چه چيزي ذرات را تشكيل ميدهد ندارد . برخي فيزيكدانان معتقدند كه دو نظريه ريسمانهاي مرتعش و هندسه كوانتومي ، ممكن است بزوي به يك نظريه واحد تبديل شوند.