نظریه ابرریسمان

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

نظریه ابرریسمان (به انگلیسی: Superstring theory) تلاشی در زمینه توضیح همه ذرات و نیروهای بنیادی طبیعت در قالب یک نظریه یکتا، از طریق مدل کردن آنها به صورت لرزشهای ریسمانهای ریز ابرمتقارن، می‌باشد. فضای فیزیکی ما تنها سه بعد دارد و یک نظریه فیزیکی باید این مسئله را در نظر داشته باشد. اما هیچ چیز یک نظریه فیزیکی را از داشتن بیش از چهاربعد بازنمی‌دارد. در مورد نظریه ریسمان، سازگاری اقتضا می‌کند که فضازمان ده بعد(۱+۳+۶) داشته باشد. این واقعیت که ما تنها سه بعد فضا را می‌بینیم را ممکن است بتوان با یکی از این دو مکانیزم توضیح داد: یا ابعاد اضافی در مقیاس بسیار کوچکی فشرده شده‌اند، یا در غیر این صورت جهان ما ممکن است بر روی یک زیرخمینه سه بعدی زندگی کند که متناظر با یک غشا است که تمام ذرات شناخته شده به علاوه گرانش در آن محصور شده‌اند. اگر ابعد اضافی فشرده شده باشند، شش بعد اضافی باید شکل خمینه کالابی-یائو داشته باشند. در چارچوب کامل تر نظریه ام، این ابعاد باید شکل یک خمینه جی۲ را داشته باشند. نظریه ابرریسمان تنها نظریه ای تنیست که ابعاد اضافی پیشنهاد می‌دهد. می توان آن را به عنوان توسعه نظریه کالوزا-کلین دانست که نظریه ای ۴+۱ بعدی از گرانش را ارائه کرد.

اما در واقع یک ریسمان از چه چیزی ساخته شده است؟ یک ریسمان یک مقدار کوچک انرژی است و در اینجا هیچ چیزی کوچکتر از این مقدار انرژی نیست.

در نظریهٔ ریسمان به جای اینکه هر ذره را مستقل در نظر بگیریم به صورت رشته ای پیوسته با شکلهای مختلف درنظر می‌گیریم، مثلاً الکترون را می‌توان مانند یک النگو رشته ای بدانیم که دو سرش بهم گره خورده و حلقه دایره ای تشکیل داده است. علت بوجودآمدن این نظریه این بود که گرانش با کوانتوم مشکل دارد. همچنانکه گفته شد در دنیای ما چهار نیروی اصلی بنامهای الکترومغناطیسی، هسته ای قوی، هسته ای ضعیف و گرانشی وجود دارد. سه نیروی اول به ترتیب می‌توانند با هم در انرژیهای بالا متحد شوند و یک نظریه واحد داشته باشند. یعنی انشعاباتی از یک نظریهٔ اصلی باشند. اصطلاحاً می‌گویند این سه نظریه در انرژیهای بالا تقارن دارند و در انرژیهای معمولی دچار شکست خودبخودی تقارن می‌شوند. اما چهارمین نیروی اصلی یعنی گرانش دو مشکل اساسی دارد. یکی وحدت نیافتن با سه نیروی دیگر و دیگر اینکه اگر ذرات را نقطه ای در نظر بگیریم، سطح مقطع برهم کنش نیروی گرانشی بین دو ذرهٔ نقطه ای که بهم نزدیک می‌شوند طبق نظریهٔ کوانتومی بی‌نهایت بدست می‌آید. از اینرو ذرات بصورت ریسمانهای یک بعدی در نظر گرفته شدند. مثلاً الکترون یا کوارکها همگی ریسمانهای بسته و حلقوی با شکلهای مختلفند. در این تصورجدید، دیگر برهم کنش ذرات در زمان و مکان خاص رخ نمی‌دهد بلکه شما دو حلقه دارید که در فضا بهم نزدیک می‌شوند و با عکسبردای تخیلی یک پوسته به شکل شلنگ نمایش داده می‌شود. مثل اینکه دو شلنگ بهم برخورد کرده باشند و دو شلنگ جدید بوجود آورده باشند. در این نظریه هم وحدت میسر است و هم بینهایتهای گرانش کوانتومی برطرف می‌شود.

چکیده: ابعاد اضافی: نظریهٔ ریسمان ادعا می‌کند که دنیای ما ده بعدیست. یعنی نه بعد مکانی و یک بعد زمانی دارد. این برخلاف تجربیات ماست. یعنی ما فکر می‌کنیم که در دنیایی با سه بعد مکانی و یک بعد زمانی زندگی می‌کنیم. به همین دلیل توجیه می‌کند که شش بعد اضافی در واقع در دنیای ما وجود دارند ولی فشرده شده‌اند. فشرده شدن یعنی اینکه مثلاً شما یک شلنگ را از فاصلهٔ دور بصورت یک بعدی می‌بینید اما از نزدیک بصورت یک استوانهٔ دو بعدی. امروزه برخی از نظریه پردازان ریسمانها بحث ابعاد بیشتر، حتی ۲۶ بعد را مطرح کرده‌اند. پوسته‌ها: یک پوسته چیزی است که یک ریسمان روی آن قرار دارد. فرض کنیم یک پوسته یک فضای سه بعدی است (مانند فضای ما). بعد فرض کنیم میدانها روی این پوسته‌ها هستند. فوتون روی این پوسته هاست و شش بعد دیگر تاریک است. فوتون فقط روی این پوسته‌ها زندگی می‌کند؛ و ما ابعاد اضافی را نخواهیم دید. همچنین گراویتون در همهٔ فضا وجود دارد. کنش ذرات با گراویتون در نه بعد انجام می‌شود. اثر گراویتون در این ابعاد اضافی آنقدر کوچک است که ما فقط آثار گرانش را مشاهده می‌کنیم. M-Theory: نظریه‌های مختلفی تحت عنوان نظریه ریسمانها ارائه می‌شود که توضیحات متفاوتی از یک پدیده فیزیکی می‌دهند. در حقیقت پنج نوع نظریه ریسمانها وجود دارد: Type I, Type IIA, Type IIB, Heterolic E8, Heterolic SO32 دو نوع E8, SO32 مخلوط نوع دو و نظریه ریسمان بوزونیک هستند. در نظریه ریسمانها نگرش به ذرت شبیه سیمهای گیتار است که تحت کشش‌های مختلف، نتهای متفاوتی را تولید می‌کنند. ریسمان چیست؟ رشته سیمهای گیتار را تصور کنید که با کشیده شدن در طول گیتار کوک شده‌اند؛ بسته به آنکه سیمها چقدر کشیده شوند و تحت فشار قرار گیرند، نت‌های موسیقی مختلفی بوسیله آنها ایجاد می‌شود. می‌توانیم این نت‌های موسیقی را حالتهای برانگیختهسیمهای گیتار تحت کشش بنامیم. به طور مشابه در تئوری ریسمان ذرات بنیادین که در شتابدهنده‌ها مشاهده می‌شوند رامی‌توانیم نت‌های موسیقی یا همان حالتهای برانگیخته فرض کنیم. در تئوری ریسمان همانند نواختن گیتار، ریسمانها باید تحت کشش قرار بگیرند تا برانگیخته شوند. کشش ریسمان

اگرچه ریسمانها در تئوری ریسمان در فضا-زمان شناور هستند و مانند گیتار مقید نیستند ولیکن با این حال آنها کشش دارند، کشش ریسمان در تئوری ریسمان با کمیت:

α' متناسب با مربع طول ریسمان اگر تئوری ریسمان تئوری گرانش کوانتوم باشد، پس متوسط اندازه ریسمان باید چیزی نزدیک به مقیاس طول گرانش کوانتوم باشد که طول پلانک نامیده می‌شود و حدود ده بتوان منهای سی و سه سانتیمتر می‌باشد. متأسفانه این بدان معناست که ریسمانها به حدی برای دیدن با تکنولوژی فعلی فیزیک ذرات کوچک هستند که فیزیکدانان مجبور به ابداع روشهای جدیدی برای آزمایش تئوری شدند. ابر تقارن تئوری در ابتدا فقط برای بوزون‌ها بود، به منظور اینکه فرمیون‌ها هم وارد تئوری ریسمان شوند باید یک نوع بخصوص از تقارن به نام ابرتقارن وجود می‌داشت که به واسطه آن برای هر بوزون، یک فرمیون متناظر وجود داشته باشد. پس ابرتقارن، ذرات حامل نیرو و ذراتی که ماده را می‌سازند به هم مربوط می‌کند. نتایج ابرتقارن در آزمایشات ذرات مشاهده نشده‌اند اما نظریه پردازان معتقد هستند که ذرات ابرتقارن بزرگتر و سنگین‌تر از آن هستند که در شتابدهنده‌های فعلی بتوان آنها را مشاهده کرد. ایجاد شتابدهنده‌های قوی‌تر انرژی بالا در دهه آینده می‌تواند شواهد لازم برای ابرتقارن در اختیار ما قرار دهند. بهنجارش مهم نبود که هر کس چقدر تلاش می‌کرد، به نظر می‌رسید گرانش به هیچ وجه به نظریه‌ای قابل بهنجارش تبدیل نمی‌شود؛ یک مشکل بزرگ این بود که امواج گرانش کلاسیک که فرض می‌شد ذره حامل آن گراویتون است، دارای اسپین ۲ بودند و برای اسپین دو عبارت 4j-8+D مساوی D می‌شد و برای D=۴ انتگرال بینهایت می‌شد؛ و این برای فیزیکدانان غیرقابل هضم بود و سالها تلاش آنها در راه رسیدن به گرانش کوانتوم ناکام ماند. در اینجا بود که تئوری ریسمان وارد شد تا این خلأ را پر کند. تئوری ریسمان در اصل برای توصیف روابط میان جرم و اسپین هادرون‌ها پیشنهاد شده بود. در تئوری ریسمان، ذرات از برآشفتگی ریسمان‌های بسیار ریزی بوجود می‌آمدند؛ یک ذره که از این برآشفتگی‌ها برمی‌خواست، ذره‌ای بود با جرم صفر و دو واحد اسپین. موفقیتی که تئوری ریسمان داشت این بود که در مدل دیاگرامهای فاینمن، دیاگرامها به سطوح صاف دو بعدی تبدیل می‌شدند و انتگرالهای روی سطح دیگر مشکل فاصله صفر را نداشتند. در ۱۹۷۴ نهایتاً این سؤال مطرح شد که " آیا تئوری ریسمان می‌تواند تئوری گرانش کوانتوم باشد؟ ". در تئوری ریسمان، ممنتوم بینهایت به معنای فاصله صفر نبود، زیرا در این تئوری رابطه بین ممنتوم و فاصله به قرار زیر بود: کمیت a' به تنش ریسمانها بستگی داشت، کمیتی بنیادین بر اساس رابطه رابطه بالا به طور غیرمستقیم بیان می‌کند که کمترین طول قابل مشاهده برای تئوری ریسمان به صورت زیر است: رفتار ذره در فاصله صفر که در تئوری میدان کوانتوم بسیار مشکل‌ساز بود، در تئوری ریسمان بسیار بی‌اهمیت شد و همین باعث شد که تئوری ریسمان نامزد تئوری گرانش کوانتوم شود. اگر تئوری ریسمان، تئوری گرانش کوانتوم باشد، مقدار طول مینیموم باید حداقل اندازه طول پلانک باشد که از ترکیب ثابت پلانک و ثابت گرانش نیوتون و سرعت نور بدست می‌آید: لازم است ذکر شود که مسئله مقیاس طول در تئوری ریسمان به خاطر دوگانگی ریسمان‌ها پیچیده و مشکل شد. ((heterotic E8 مطرح کنندگان نظریهٔ ریسمان برای توصیف این حالت ابرتقارن را وارد این نظریه کرده‌اند که در این صورت هر دو هم فرمیون‌ها دارای جایگاه هستند و هم بوزون‌ها. در این صورت نظریه‌هایی پدید می‌آیند که ابرریسمان نامیده می‌شوند. نظریه‌های ابر ریسمان بر پنج نوعند.

منابع[ویرایش]

با تشکر از سایت: hupaa.com. فرستنده :حسین جوادی و امید یزدان شناس.