تئوري پاياني

تئوري پاياني

http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00269.jpg رابرت ماتئوس - ترجمه سليمان فرهاديان

فارادي براي اولين بار به ارتباط الكتريسيته و مغناطيس دست يافت و پي برد كه اين دو به رغم ظاهر متفاوت دوجنبه از يك پديده واحد هستند. جيمز كلرك ماكسول نيز با استفاده از ابزار نيرومند علم ارتباط اين دو را به زبان زيباي رياضي بيان كرد. اين دستاورد پرسش بنياديني را فراروي انسان قرار داد كه آيا مي توان آشناترين نيروي طبيعت يعني گرانش را با الكترومغناطيس تلفيق كرد؟

اينشتين بزرگترين دانشمند همه دوران ها ساليان درازي از عمر خود را صرف پاسخ گفتن به اين پرسش مهم كرد، اما هيچ دستاوردي نداشت. اين معضل با در نظر گرفتن نيروهاي هسته اي ضعيف و قوي شدت مي گيرد. تئودور كالوزا پيش بيني كرد با فرض يك بعد ديگر بتوان اين نيروها را تلفيق كرد. كلين نيز در توجيه ناتواني در شناخت بعد پنجم گفت اين بعد چنان كوچك شده است كه از حد درك بشر خارج شده است.

پس از آنكه اينشتين درگذشت و نتيجه تلاش ها و دستاوردهاي وي براي تلفيق گرانش با الكترومغناطيس دور انداخته شد، كمتر فيزيكداني علاقه مند بود كه در اين زمينه كار كند. در عوض توجه دانشمندان به سمت ديگري جلب شد و آنها علاقه مند شدند كه الكترومغناطيس را با نيروي هسته اي ضعيف كه به تازگي كشف شده بود، ادغام كنند. همانگونه كه ماكسول نشان داده بود، لم كار دريافتن شرح رياضي هر دو پديده، به طوري كه شباهت هاي پنهان آنها را آشكار سازد، قرار داشت. فيزيكدانان طي دهه 1920 بر اين عقيده بودند كه راه حل آن را يافته اند.

به اعتقاد آنان راه حل اين مشكل تئوري ميدان كوانتوم (QFT) بود. مطابق تئوري ميدان كوانتوم هر نيروي بنيادي، ذره ناقل ويژه خود را دارد.

فيزيكدانان طي دهه 1950، تلاش براي كشف شباهت هاي بين حامل هاي الكترومغناطيس (فوتون ها) و نيروي هسته اي ضعيف (ذرات. W) را آغاز كردند. كشف شباهت هاي اين دو هم چندان آسان نبود و به اين نكته هم كه ذرات w. نهايت بار سنگين تر از فوتون هاي بدون جرم هستند، چندان مربوط نمي شد. با اين همه در پايان دهه 1960 سه نظريه پرداز _ استيون واينبرگ (Weinberg.S) و شلدون گلاشو (Glashow.S) از ايالات متحده و عبدالسلام (Abdus Salam) از انگلستان _ مستقل از يكديگر تئوري هايي را ابداع كردند كه نشان مي داد اين دو نيرو در حقيقت فقط جنبه هاي متفاوتي از نيروي واحد «الكترو ضعيف» هستند. مهمتر آنكه ادغام اين دو نيرو موجب پيش بيني آثار ظريف و جديدي مي شد كه با آزمايش بتوان صحت و سقم آن را تعيين كرد.

هنگامي كه در دهه 1970 و زمان انجام آزمايش براي تعيين صحت و سقم اين پيش گويي ها فرا رسيد، فيزيكدانان اولين ادغام موفق نيروها را پس از كار بزرگ ماكسول كه بيش از يك قرن پيش انجام شده بود، جشن گرفتند. پس از آن گلاشو كه در دانشگاه هاروارد مشغول كار بود، تحقيق براي يافتن راه هاي ديگر اثبات آن و تأكيد بر وحدت نيروها را آغاز كرد. در سال 1973 هووارد گئورگي (Georgi.H) كه به همراه ساير همكارانش سرگرم تحقيق بود به يك ساختار رياضي دست يافت كه الكترومغناطيس و نيروهاي هسته اي ضعيف و قوي را با يكديگر ادغام مي كرد.

اين تئوري كه به نام تئوري وحدت بزرگ (GUT) خوانده مي شود، حقيقتا بينش بسيار عميقي را در مورد نيروهاي بنيادين طبيعت به دانشمندان ارائه كرد و مشخص شد كه هر سه اين نيروها زماني بخشي از يك «ابرنيرو»ي واحد بودند كه درست پس از انفجار بزرگ (Big Bang) بر جهان سلطه داشتند. پس از آنكه جهان سرد شد، اين نيروها نيز تفكيك شدند و جهاني را كه امروز شاهد آن هستيم، به وجود آوردند. اين تئوري نيز پيش گويي هايي انجام داد، اما اين بار تأييد آنها بسيار مشكل بود. تئوري پردازان دريافتند كه نمونه اوليه تئوري وحدت بزرگ فاقد يك جزء بسيار مهم است، همان جزيي كه باعث ارائه تئوري وحدت جالب ديگري شد. ابرتقارن (Supersymmetry) كه در اوائل دهه 1970 توسط تئوري پردازان ابداع شد، يك خاصيت رياضي است كه بين ذرات- مثل الكترون و پروتون _ كه سازنده هاي ماده هستند، با آنهايي كه انرژي را منتقل مي كنند _ همانند فوتون ها _ هماهنگي ايجاد مي كند.

تئوري پردازان دريافتند كه ابرتقارن تمام تفاوت هاي ظاهري بين اين ذرات زيراتمي را از ميان برداشته و وحدت بنيادين آنها را آشكار مي سازد. در عين حال دانشمندان دريافتند كه اين تئوري سرنخ ديگر و البته مهمتري درباره تئوري همه چيز ارائه مي دهد. اين سرنخ، دانشمندان را راهنمايي كرد تا چگونه بين ابر نيروي تئوري وحدت بزرگ با گرانش كه تنها نيروي باقي مانده طبيعت بود، وحدت برقرار كنند. پيش از آن نيز بعضي از دانشمندان سعي كردند كه گرانش را نيز با استفاده از تئوري ميدان كوانتوم به حلقه نيروهاي واحد وارد سازند. در اين تئوري گرانش به صورت ذراتي كه گراويتون (Graviton) نام دارد و در بين اجسام ظاهر مي شود، تصوير شده است.

با اين همه، اميدبخش ترين موضوع همه اين شكست هاي بزرگ، ابرتقارن و يك چيز ديگر _ ابعاد اضافي _ است. اين همان ايده اي است كه نيم قرن پيش اينشتين نيز با آن مواجه شده بود. چيزي كه اين دانشمندان فاقد آن بودند، يك نكته بسيار سرنوشت ساز بود كه بتواند بدون ايجاد هيچ گونه مشكل رياضي حادي، بين گرانش و ساير نيروها وحدت ايجاد كند.

مشخص شده است كه اين جزء چنان بنيادين است كه حتي احتمال دارد اينشتين نيز با آن مواجه شده باشد: ابرتار (Super String) در سال 1984 جان شوارتز (Schwarz.J) از كلتك (Caltech) و مايكل گرين (Green.M) از دانشگاه لندن، با اعلام اينكه مي توانند بدون مواجه شدن با مشكلات معمول، بين گرانش و ساير نيروها وحدت برقرار كنند، همكاران خود را مبهوت كردند.

تنها شرط آن بود كه از اين پس ذرات فقط به عنوان نقطه در نظر گرفته نشود، بلكه آنها را به صورت يك چيز بسيار كوچك كه ابرتار ناميده مي شوند، بشناسيم. اين اشياي شبه نخ كه بسيار كوچك تر از هسته هاي اتم هستند نيز بايد داراي خاصيت ابرتقارني (كه به همين دليل، ابرتار ناميده مي شوند) و ده بعدي باشند. اين ادعا بسيار حيرت انگيز بود و نظريه پردازان بسياري را تشويق كرد تا اطلاعات بيشتري در مورد ابرتارها جمع آوري كنند. با اين همه در پايان دهه 1980 آشكار شد كه اگرچه ابداع تئوري ابرتارها يك پيشرفت اساسي محسوب مي شود، اما پايان ماجرا نيست.

اگرچه ممكن است فقط يك «تئوري همه چيز» وجود داشته باشد، اما نظريه پردازان حداقل پنج تئوري ابرتار ابداع كردند، هيچ ملاك دقيقي نداشتند كه از بين آنها دست به گزينش بزنند. به نظر مي رسيد كه ابرتارها فقط شبحي از يك تئوري كامل تر هستند.

تئوري M

در سال 1995 ادوارد ويتن (Witten.E) نظريه پرداز تا ر از مؤسسه تحقيقات پيشرفته پرينستون، به چيزي دست يافت كه بسياري از آن به عنوان اولين گام براي دستيابي به تئوري نهايي يا شايد خود تئوري همه چيز ياد مي كنند.

ويتن نشان داد كه تمام پنج تئوري ابرتار فقط توصيف تقريبي از يك ايده واحد و فراگير است كه وي آن را تئوري M ناميد. بسياري از تئوري پردازان بر اين عقيده اند كه M نشان دهنده كلمه Mother، Mysterious يا حتي Magic است، اما واقعيت آن است كه بايد M را به عنوان Membrane در نظر بگيريم تا ارتباط آن با ابرتارها به بهترين وجهي آشكار شود.

اكنون مي توان پنج تئوري ابرتار را به عنوان مرزهاي چند بعدي از غشاي يازده بعدي در نظر گرفت، كه در آن تمام ابعاد به جز چهار بعد، چنان كوچك شده است كه براي ما غيرقابل تشخيص است. امروزه تئوري M بهترين نامزد براي آن چيزي است كه اينشتين سال ها در جست وجوي آن بود، شايد هم چيزي بهتر از آن.اين تئوري نه تنها توصيف منحصر به فرد و واحدي از الكترومغناطيس و گرانش ارائه مي دهد، بلكه علاوه بر آن ساير نيروهاي بنيادين طبيعت و تمام ذراتي كه اين نيروها بر آن اثرگذار هستند را نيز در برمي گيرد.

اين تئوري واقعا يك دستاورد حيرت انگيز محسوب مي شود. بسياري از بهترين نظريه پردازان جهان سرگرم كاوش در معدن بسيار غني رياضيات تئوري M هستند و به دنبال پاسخي براي بسياري از اسرار باقي مانده طبيعت مي گردند.

مخصوصا اين نكته كه چرا و چگونه تمام 11 بعد نظريه M به جز چهارتاي آن چنان كوچك شده است كه ديگر ديده نمي شود، نظر بسياري از دانشمندان را به خود جلب كرده است. آيا مي توان آنها را به طور تجربي شناسايي كرد؟ چرا آشكار ساختن وحدت زيباي بين نيروها و ذرات چنين دشوار است؟

شايد در نهايت روزي اثبات شود كه تئوري M هم اين قابليت را ندارد كه پاسخگوي تمام اين پرسش ها باشد. اما اين تئوري حداقل مي تواند نگرشي بسيار عالي از وحدت بنيادي طبيعت و تمام اجزاي موجود در آن ارائه دهد.