در معادلات چند جوابی شاید هر جواب مال یک دنیا باشد؟!
نظریه چند جهانی multiverese یکی از عجیبترین و دور از ذهن ترین نتایج نسبیت و نظریه ریسمانهاست. در دنباله ازمایشی موسوم به ازمایش یانگ را در رابطه به جهان های موازی بررسی میکنیم.
ماجرا از اینجا آغاز شد که آقای فاینمن در آزمایشهای خود در زمینه پراش نور به حقیقت عجیبی دست پیدا کرد . همینطور که میدانیم در پدیده پراش وقتی چند فوتون از روزنه ای عبور میکنند به علت خاصیت موجی میتوانند با هم تداخل کنند واثر یکدیگر را خنثی ویا تقویت کنند و به همین دلیل ما در پرده جلوی روزنه به جای یک دایره روشن دوایر روشن و تاریک را بطور متوالی می بینیم دوایر تاریک جائی هستند که فوتونها به آنجا نمیرسند چون تحت تاثیرتداخل با یک فوتون دیگر قرار گرفته اند.
فاینمن این آزمایش را دوباره طوری انجام داد که روزنه فقط قابلیت عبور دادن یک فوتون در هر زمان را داشته باشد به این ترتیب فوتونها یکی یکی از روزنه رد میشوند وقاعدتا دیگر تحت تداخل با فوتون دیگر نخواهند بود پس باید ما فوتونها را در هر نقطه از پرده ببینیم یعنی پرده باید یک دایره روشن را به ما نشان دهد اما نتیجه این آزمایش بر خلاف نظر فاینمن دوباره همان حلقه های روشن وتاریک را نشان داد. در آن زمان فاینمن هیچ توجیهی در این باره نتوانست پیدا کند .
در نظر او فوتونهایی نامرئی میتوانستند روی فوتون های او تاثیر بگذارند .این موضوع مقدمه ای بر نظریه چند جهانی است. طبق نظریه جهانهای بسیار زیادی وجود دارند که کنار هم بطور موازی حرکت میکنند به طور عادی ما نمیتوانیم هیچ ارتباطی با جهانهای دیگر داشته باشیم این جهانهای دیگر ممکن است حتی شامل خود شما هم باشند هرجهان ممکن است با جهان مجاور خود اختلاف بسیار جزئی داشته باشد.
در این جهان شما این مقاله را میخوانید و در جهان دیگر از خواندن آن صرف نظر میکنید البته همان طور که شاخه های ریسمانها در نظریه ریسمان در شرایط خاصی با هم برخورد میکنند امکان ارتباط میان دو جهان هم وجود دارد. این امکان تنها در ابعاد کوانتومی و بخصوص کوانتومی نسبیتی مطرح میشود منظور از کوانتومی نسبیتی ابعاد فوق العاده کوچک وسرعتهای بینهایت بزرگ است. به عنوان مثال همان آزمایش فاینمن میتواند به وسیله این نظریه توجیه شود فوتونها که با بیشترین سرعت حرکت میکنند براساس شرایط خاصی که ما نمیدانیم ونمیتوانیم حدس بزنیم میتوانند اثری بر دنیای مجاور خود داشته باشند یعنی عامل منحرف شدن تک فوتونهای فاینمن همان فوتونهایی هستند که در جهان مجاور وجود دارند و بنا به دلایلی می توانند اثر مختصری بر این جهان بگذارند.
حال فکر کنید چرا نتوانیم پدیده خواب ورویا را با این نظریه توجیه کنیم ؟ به این ترتیب رویا ئی که شما میبینید رویا نیست بلکه یک واقعیت است که در جهان مجاور در حال اتفاق افتادن است و روح شماکه ممکن است با سرعت نور حرکت کند و تحت آن شرایط خاص میان جهانهای مختلف حرکت کند.این اتفاقها را میبیند و به این ترتیب ماهیت بعضی از آزمایشهای ما مانند جابجائی کوانتومی(Quantum Teleporation ) زیر سوال میرود.
آیا آن فوتونی که ناپدید شد و لحظه ای بعد چند متر جلوتر ظاهر شد همان فوتون اولیه است یا با وارد شدن فوتون اول به یک جهان دیگر از آن جهان به این جهان رانده شده ؟ یکی دیگر از نتایج این نظریه از احتمال برخورد دو جهان بدست می آید اگرشرایطی پیش بیاید که دو جهان با یکدیگر برخورد کنند چه اتفاقی می افتد؟ بهترین پاسخی که به این پرسش داده شده این است که نتیجه آن یک بیگ بنگ جدید است یعنی پیش از بیگ بنگی که ما آنرا میشناسیم احتمال وجود فضا و زمان هست وممکن است جهان کنونی ما از بر خورد دو جهان دیگر شکل گرفته باشد .این نظریه آنقدر عجیب و دور از ذهن است که ممکن است شما را یاد داستانهای علمی وتخیلی بیندازد؛ولی مطمئن باشید برای تک تک این نتایج سرنخها وتوجیهاتی وجود دارد که دانشمندان به کمک نظریه ریسمان به آن رسیده اند .
جدال فیزیک و متا فیزیک
با این تعریف از جهان، ممکن است شما تصور کنید که مفهوم جهان چند گانه تا ابد در محدوده قلمرو متافیزیک باقی خواهد ماند.
اما باید توجه داشت که مرز میان فیزیک و متا فیزیک را این مسأله که یک نظریه از لحاظ تجربه قابل آزمون است، یا خیر تعیین می‌کند، نه این موضوع که فلان نظریه شامل اندیشه‌های غریب و ماهیتهای غیر قابل مشاهده است. مرزهای فیزیک به تدریج با گذر زمان فراتر رفته و اکنون مفاهیمی بسیار انتزاعی تر نظیر :
زمین کروی ، میدان الکترو مغناطیسی نامرئی ، کند شدن گذر زمان در سرعتهای بالا ، فضای خمیده ، سیاهچاله ها و جهان های موازی بر پوسته های متفاوت ریسمانی را در بر گرفته است. طی چند سال اخیر مفهوم جهان چند گانه با خروج از مرز متافیزیک، جزء اصلی تحقیقات فیزیک، فهرست شده است. پایه این اندیشه بر نظریاتی است که امتحان خود را به خوبی پس داده‌اند. نظریاتی همچون نسبیت و مکانیک کوانتوم !
دانشمندان تا کنون چهار نوع جهان موازی متفاوت را تشریح کرده‌اند. هم اکنون پرسش کلیدی وجود یا عدم وجود جهان چندگانه نیست، بلکه سوال بر سر تعداد سطوحی است که چنین جهان هائی میتوانند داشته باشند. یکی از نتایج متعدد مشاهدات کیهان شناسی اخیر، این بوده است که جهانهای موازی ، دیگر مفهومی خیال پردازانه و یا انتزاعی نیستند. به نظر می‌رسد که اندازه ی فضا بینهایت است. اگر اینگونه باشد، بالاخره در جایی از این فضا هر چیزی که امکان پذیر باشد، واقعیت خواهد یافت. اصلاً مهم نیست که امکان پذیری آن تا چه حد نامتحمل و نادیدنی است.
سوال اساسی اینطور مطرح می شود که مشاهده کدام آزمون ، سر اساتید فیزیک و علوم تجربی را در مقابل حضور رونوشتهای متفاوتی از حیات در همین کره خم کرده است؟
نظریه ابر ریسمانها
بشر همواره در تلاش بوده تا یک ارتباط منطقی بین اجسام بزرگ نظیر زمین و خورشید و ذرات ریز که بعدها اتم و ذرات زیر اتمی خوانده شد بیابد. نمونه بارز این تلاشها را می توان در نظریه اتمی دموکریتوس و عناصر چهار گانه آب، آتش، خاک و هوا مشاهده کرد. اما تمام این کوششها بیشتر جنبه ی فلسفی داشتند و با برداشت امروزی که ما از علم داریم(آزمون پذیری و مشاهده)، دارای اعتبار علمی نبودند. نخستین کوشش علمی را می توان در آزمایشهای گالیله مشاهده کرد که بعداً توسط نیوتن بیان و شالوده ی فیزیک را تشکیل داد.
پس از اثبات نظریه اتمی ماده و مشاهده اینکه اتم خود نیز از ذرات دیگری تشکیل شده، تلاشهای زیادی صورت گرفت تا قوانین حاکم بر جهان اجسام بزرگ را به ذرات زیر اتمی تعمیم دهند که مدل اتمی بور یک نمونه بارز این تلاشها است.
بعدها که مکانیک کوانتوم مطرح و ذرات زیر اتمی مورد بررسی دقیق قرار گرفت، مشخص شد که مکانیک کوانتوم نظریه ساده ای نیست و نمی توان رفتار ذرات زیر اتمی را با اجسام بزرگ مقایسه کرد. رفتار اجسام بزرگ بخوبی در مکانیک کلاسیک قابل توضیح می باشند. اما برای توضیح ذرات در مکانیک کوانتوم به یک بینش جدید نیاز است.
برای شکل دادن به پایه بینش خود در مکانیک کوانتوم، باید به خصوصیات مولکولها، اتمها و سایر ذرات زیر اتمی توجه کرد. این ذرات بسادگی و با سرعت زیاد از مکانی به مکان دیگر نقل مکان می کنند و همین امر پایه اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را تشکیل می دهد.
QM1 ذرات، نقاط مادی اجسام بزرگ نیستند که با سرعت ثابت حرکت می کنند.
QM2 ذرات دارای یک ویژگی مشترک می باشند که آنرا اسپین می نامیم و به حالت های زیر قابل تقسیم است:
اگر ذره در یک حالت بتواند بماند می گوئیم دارای اسپین صفر است.
اگر ذره در دو حالت بتواند بماند می گوئیم دارای اسپین یک دوم است.
اگر ذره در سه حالت بتواند بماند می گوئیم دارای اسپین یک است.
اگر ذره در پنج حالت بتواند بماند می گوئیم دارای اسپین دو است.
ذراتی که دارای اسپین درست (صفر، یک و دو) هستند، بوزون(عامل انرژی) نامیده می شوند.
ذراتی که دارای اسپین نادرست (یک دوم و سه دوم.. ) هستند، فرمیون(عامل ماده) نامیده می شوند.
در مکانیک کوانتوم نیروها توسط بوزون ها حمل می شوند.
فوتون با اسپین یک، نیروی الکترومغناطیسی را حمل می کند.
(W,Z): Vectorboson با اسپین یک، نیروی هسته ای ضعیف را حمل می کند.
(A): Gluon با اسپین یک، حامل نیروی هسته ای قوی است.
همچنین گراویتون با اسپین دو حامل نیروی گرانش است (که تا به حال مشاهده نشده است).
SR1: علاوه بر این یک محدودیت دیگر بر رفتار ذرات اعمال می شود که ناشی از نسبیت خاص است که به موجب آن هیچ جسم یا ذره ای نمی تواند با سرعتی بالاتر از سرعت نور حرکت کند و این محدودیت مدل استاندارد است (البته این فرضیه جدیدا به چالش گرفته شده است).
Quantum Field Theory, QFT: به طور کلی می توان گفت که نظریه میدان کوانتومی بر پایه:QM1, QM2, SR1 شکل گرفته است.
نسبیت عام
در مدل استاندارد ، ساختمان ماده مورد بررسی قرار می گیرد و نیروهایی مورد بحث قرار می گیرند که در هنگام بررسی اجسام، خنثی شده اند. نیروهای هسته ای برد کوتاهی دارند و نیروهای الکترومغناطیسی نیز در ساخمان ماده خنثی شده اند. بنابراین ما در مکانیک کوانتوم نمی دانیم چرا سیب سقوط می کند و این پدیده در نسبیت عام مورد توجه و توضیح قرار می گیرد.
در نسبیت عام گرانش، یک نیروی اساسی نیست بلکه اثر هندسی ماده بر فضای اطراف است. بنابر نسبیت عام، ماده به فضای اطراف خود انحناء می دهد.
تلاشهای زیادی انجام شده است که مکانیک کوانتوم و نسبیت عام را ادغام کرده و به عنوان یک نظریه واحد بیان کند که آنرا unified Field Theory می نامند. در واقع Unified Field Theory باید با مدل استاندارد تطبیق کند و بتواند نسبیت عام را نیز شامل شود.
در نظریه ریسمان (String Theory) به جای اینکه هر ذره را مستقل در نظر بگیریم به صورت رشته ای پیوسته با شکلهای مختلف درنظر میگیریم , مثلا الکترون را می توان مانند یک النگو رشته ای بدانیم که دو سرش بهم گره خورده و حلقه دایره ای تشکیل داده است. علت بوجود آمدن 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 می توانند با هم در انرژیهای بالا متحد شوند و یک نظریه واحد داشته باشند. یعنی انشعاباتی از یک نظریه اصلی باشند.
اصطلاحاٌ می گویند این سه نظریه در انرژیهای بالا تقارن دارند و در انرژیهای معمولی دچار شکست خودبخودی تقارن می شوند. 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 ذره نقطه ای که بهم نزدیک می شوند طبق نظریه کوانتومی بی نهایت بدست می آید. از اینرو ذرات بصورت ریسمانهای یک بعدی در نظر گرفته شدند. مثلا الکترون یا کوارکها همگی ریسمانهای بسته و حلقوی با شکلهای مختلفند. در این تصورجدید، دیگر برهم کنش ذرات در زمان و مکان خاص رخ نمی دهد بلکه شما دو حلقه دارید که در فضا بهم نزدیک می شوند و با عکسبردای تخیلی یک پوسته به شکل شلنگ نمایش داده می شود. 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 می شود.
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.
تئوری 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 برانگیخته» سیمهای گیتار تحت کشش بنامیم.
به طور مشابه در تئوری ریسمان ذرات بنیادین که در شتاب دهنده‌ها مشاهده میشوند را می‌توانیم نت‌های موسیقی و یا همان «حالتهای برانگیخته» فرض کنیم.
در تئوری ریسمان همانند نواختن گیتار، ریسمانها باید تحت کشش قرار بگیرند تا برانگیخته شوند. 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 همانطور که در قبل گفتیم با کمیت : شناخته میشود و در آن α´ با مربع مقیاس طول ریسمان متناسب است.
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 33 10سانتیمتر می باشد ( آنها 100 میلیارد میلیارد بار از پروتون کوچکترند). متاسفانه 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 شده اند. تئوری ریسمان در اصل برای توصیف روابط میان جرم و اسپین ها پیشنهاد شده بود. در تئوری ریسمان، ذرات از برآشفتگی ریسمانهای بسیار ریزی بوجود می‌آمدند؛ یک ذره که از این برآشفتگی‌ها بر می‌خواست، 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.
ابعاد اضافی
نظریه ریسمان ادعا می کند که دنیای ما ، ده (10) بعدی ست. یعنی نه (9) بعد مکانی و یک بعد زمانی دارد. این برخلاف تجربیات ماست. یعنی ما فکر می کنیم که در دنیایی با سه بعد مکانی و یک بعد زمانی زندگی می کنیم. به همین دلیل توجیه می کند که شش بعد اضافی در واقع در دنیای ما وجود دارند ولی فشرده شده اند. فشرده شدن یعنی اینکه مثلا شما یک شلنگ را از فاصله ی دور بصورت یک بعدی می بینید اما از نزدیک بصورت یک استوانه ی دو بعدی.
آیا به همین دلیل است که ما دنیای موجوداتی نامرئی را که کتب ادیان و مشاهدات میلیونها انسان از آن سخن می گوید را نمی بینیم.
پوسته ها
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 پوسته ها هستند. فوتون روی این پوسته هاست و شش بعد دیگر تاریک است. فوتون فقط روی این پوسته ها زندگی می کند. و ما ابعاد اضافی را نخواهیم دید. همچنین گراویتون در همه فضا وجود دارد. کنش ذرات با گراویتون در نه بعد انجام می شود. اثر گراویتون در این ابعاد اضافی آنقدر کوچک است که ما فقط آثار گرانش را مشاهده می کنیم.و چیزی از آن را نمی بینیم.
ماجرا از اینجا آغاز شد که آقای فاینمن در آزمایشهای خود در زمینه پراش نور به حقیقت عجیبی دست پیدا کرد . همینطور که میدانیم در پدیده پراش وقتی چند فوتون از روزنه ای عبور میکنند به علت خاصیت موجی میتوانند با هم تداخل کنند واثر یکدیگر را خنثی ویا تقویت کنند و به همین دلیل ما در پرده جلوی روزنه به جای یک دایره روشن دوایر روشن و تاریک را بطور متوالی می بینیم دوایر تاریک جائی هستند که فوتونها به آنجا نمیرسند چون تحت تاثیرتداخل با یک فوتون دیگر قرار گرفته اند.
فاینمن این آزمایش را دوباره طوری انجام داد که روزنه فقط قابلیت عبور دادن یک فوتون در هر زمان را داشته باشد به این ترتیب فوتونها یکی یکی از روزنه رد میشوند وقاعدتا دیگر تحت تداخل با فوتون دیگر نخواهند بود پس باید ما فوتونها را در هر نقطه از پرده ببینیم یعنی پرده باید یک دایره روشن را به ما نشان دهد اما نتیجه این آزمایش بر خلاف نظر فاینمن دوباره همان حلقه های روشن وتاریک را نشان داد. در آن زمان فاینمن هیچ توجیهی در این باره نتوانست پیدا کند .
در نظر او فوتونهایی نامرئی میتوانستند روی فوتون های او تاثیر بگذارند .این موضوع مقدمه ای بر نظریه چند جهانی است. طبق نظریه جهانهای بسیار زیادی وجود دارند که کنار هم بطور موازی حرکت میکنند به طور عادی ما نمیتوانیم هیچ ارتباطی با جهانهای دیگر داشته باشیم این جهانهای دیگر ممکن است حتی شامل خود شما هم باشند هرجهان ممکن است با جهان مجاور خود اختلاف بسیار جزئی داشته باشد.
در این جهان شما این مقاله را میخوانید و در جهان دیگر از خواندن آن صرف نظر میکنید البته همان طور که شاخه های ریسمانها در نظریه ریسمان در شرایط خاصی با هم برخورد میکنند امکان ارتباط میان دو جهان هم وجود دارد. این امکان تنها در ابعاد کوانتومی و بخصوص کوانتومی نسبیتی مطرح میشود منظور از کوانتومی نسبیتی ابعاد فوق العاده کوچک وسرعتهای بینهایت بزرگ است. به عنوان مثال همان آزمایش فاینمن میتواند به وسیله این نظریه توجیه شود فوتونها که با بیشترین سرعت حرکت میکنند براساس شرایط خاصی که ما نمیدانیم ونمیتوانیم حدس بزنیم میتوانند اثری بر دنیای مجاور خود داشته باشند یعنی عامل منحرف شدن تک فوتونهای فاینمن همان فوتونهایی هستند که در جهان مجاور وجود دارند و بنا به دلایلی می توانند اثر مختصری بر این جهان بگذارند.
حال فکر کنید چرا نتوانیم پدیده خواب ورویا را با این نظریه توجیه کنیم ؟ به این ترتیب رویا ئی که شما میبینید رویا نیست بلکه یک واقعیت است که در جهان مجاور در حال اتفاق افتادن است و روح شماکه ممکن است با سرعت نور حرکت کند و تحت آن شرایط خاص میان جهانهای مختلف حرکت کند.این اتفاقها را میبیند و به این ترتیب ماهیت بعضی از آزمایشهای ما مانند جابجائی کوانتومی(Quantum Teleporation ) زیر سوال میرود.
آیا آن فوتونی که ناپدید شد و لحظه ای بعد چند متر جلوتر ظاهر شد همان فوتون اولیه است یا با وارد شدن فوتون اول به یک جهان دیگر از آن جهان به این جهان رانده شده ؟ یکی دیگر از نتایج این نظریه از احتمال برخورد دو جهان بدست می آید اگرشرایطی پیش بیاید که دو جهان با یکدیگر برخورد کنند چه اتفاقی می افتد؟ بهترین پاسخی که به این پرسش داده شده این است که نتیجه آن یک بیگ بنگ جدید است یعنی پیش از بیگ بنگی که ما آنرا میشناسیم احتمال وجود فضا و زمان هست وممکن است جهان کنونی ما از بر خورد دو جهان دیگر شکل گرفته باشد .این نظریه آنقدر عجیب و دور از ذهن است که ممکن است شما را یاد داستانهای علمی وتخیلی بیندازد؛ولی مطمئن باشید برای تک تک این نتایج سرنخها وتوجیهاتی وجود دارد که دانشمندان به کمک نظریه ریسمان به آن رسیده اند .
جدال فیزیک و متا فیزیک
با این تعریف از جهان، ممکن است شما تصور کنید که مفهوم جهان چند گانه تا ابد در محدوده قلمرو متافیزیک باقی خواهد ماند.
اما باید توجه داشت که مرز میان فیزیک و متا فیزیک را این مسأله که یک نظریه از لحاظ تجربه قابل آزمون است، یا خیر تعیین می‌کند، نه این موضوع که فلان نظریه شامل اندیشه‌های غریب و ماهیتهای غیر قابل مشاهده است. مرزهای فیزیک به تدریج با گذر زمان فراتر رفته و اکنون مفاهیمی بسیار انتزاعی تر نظیر :
زمین کروی ، میدان الکترو مغناطیسی نامرئی ، کند شدن گذر زمان در سرعتهای بالا ، فضای خمیده ، سیاهچاله ها و جهان های موازی بر پوسته های متفاوت ریسمانی را در بر گرفته است. طی چند سال اخیر مفهوم جهان چند گانه با خروج از مرز متافیزیک، جزء اصلی تحقیقات فیزیک، فهرست شده است. پایه این اندیشه بر نظریاتی است که امتحان خود را به خوبی پس داده‌اند. نظریاتی همچون نسبیت و مکانیک کوانتوم !
دانشمندان تا کنون چهار نوع جهان موازی متفاوت را تشریح کرده‌اند. هم اکنون پرسش کلیدی وجود یا عدم وجود جهان چندگانه نیست، بلکه سوال بر سر تعداد سطوحی است که چنین جهان هائی میتوانند داشته باشند. یکی از نتایج متعدد مشاهدات کیهان شناسی اخیر، این بوده است که جهانهای موازی ، دیگر مفهومی خیال پردازانه و یا انتزاعی نیستند. به نظر می‌رسد که اندازه ی فضا بینهایت است. اگر اینگونه باشد، بالاخره در جایی از این فضا هر چیزی که امکان پذیر باشد، واقعیت خواهد یافت. اصلاً مهم نیست که امکان پذیری آن تا چه حد نامتحمل و نادیدنی است.
سوال اساسی اینطور مطرح می شود که مشاهده کدام آزمون ، سر اساتید فیزیک و علوم تجربی را در مقابل حضور رونوشتهای متفاوتی از حیات در همین کره خم کرده است؟
نظریه ابر ریسمانها
بشر همواره در تلاش بوده تا یک ارتباط منطقی بین اجسام بزرگ نظیر زمین و خورشید و ذرات ریز که بعدها اتم و ذرات زیر اتمی خوانده شد بیابد. نمونه بارز این تلاشها را می توان در نظریه اتمی دموکریتوس و عناصر چهار گانه آب، آتش، خاک و هوا مشاهده کرد. اما تمام این کوششها بیشتر جنبه ی فلسفی داشتند و با برداشت امروزی که ما از علم داریم(آزمون پذیری و مشاهده)، دارای اعتبار علمی نبودند. نخستین کوشش علمی را می توان در آزمایشهای گالیله مشاهده کرد که بعداً توسط نیوتن بیان و شالوده ی فیزیک را تشکیل داد.
پس از اثبات نظریه اتمی ماده و مشاهده اینکه اتم خود نیز از ذرات دیگری تشکیل شده، تلاشهای زیادی صورت گرفت تا قوانین حاکم بر جهان اجسام بزرگ را به ذرات زیر اتمی تعمیم دهند که مدل اتمی بور یک نمونه بارز این تلاشها است.
بعدها که مکانیک کوانتوم مطرح و ذرات زیر اتمی مورد بررسی دقیق قرار گرفت، مشخص شد که مکانیک کوانتوم نظریه ساده ای نیست و نمی توان رفتار ذرات زیر اتمی را با اجسام بزرگ مقایسه کرد. رفتار اجسام بزرگ بخوبی در مکانیک کلاسیک قابل توضیح می باشند. اما برای توضیح ذرات در مکانیک کوانتوم به یک بینش جدید نیاز است.
برای شکل دادن به پایه بینش خود در مکانیک کوانتوم، باید به خصوصیات مولکولها، اتمها و سایر ذرات زیر اتمی توجه کرد. این ذرات بسادگی و با سرعت زیاد از مکانی به مکان دیگر نقل مکان می کنند و همین امر پایه اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را تشکیل می دهد.
QM1 ذرات، نقاط مادی اجسام بزرگ نیستند که با سرعت ثابت حرکت می کنند.
QM2 ذرات دارای یک ویژگی مشترک می باشند که آنرا اسپین می نامیم و به حالت های زیر قابل تقسیم است:
اگر ذره در یک حالت بتواند بماند می گوئیم دارای اسپین صفر است.
اگر ذره در دو حالت بتواند بماند می گوئیم دارای اسپین یک دوم است.
اگر ذره در سه حالت بتواند بماند می گوئیم دارای اسپین یک است.
اگر ذره در پنج حالت بتواند بماند می گوئیم دارای اسپین دو است.
ذراتی که دارای اسپین درست (صفر، یک و دو) هستند، بوزون(عامل انرژی) نامیده می شوند.
ذراتی که دارای اسپین نادرست (یک دوم و سه دوم.. ) هستند، فرمیون(عامل ماده) نامیده می شوند.
در مکانیک کوانتوم نیروها توسط بوزون ها حمل می شوند.
فوتون با اسپین یک، نیروی الکترومغناطیسی را حمل می کند.
(W,Z): Vectorboson با اسپین یک، نیروی هسته ای ضعیف را حمل می کند.
(A): Gluon با اسپین یک، حامل نیروی هسته ای قوی است.
همچنین گراویتون با اسپین دو حامل نیروی گرانش است (که تا به حال مشاهده نشده است).
SR1: علاوه بر این یک محدودیت دیگر بر رفتار ذرات اعمال می شود که ناشی از نسبیت خاص است که به موجب آن هیچ جسم یا ذره ای نمی تواند با سرعتی بالاتر از سرعت نور حرکت کند و این محدودیت مدل استاندارد است (البته این فرضیه جدیدا به چالش گرفته شده است).
Quantum Field Theory, QFT: به طور کلی می توان گفت که نظریه میدان کوانتومی بر پایه:QM1, QM2, SR1 شکل گرفته است.
نسبیت عام
در مدل استاندارد ، ساختمان ماده مورد بررسی قرار می گیرد و نیروهایی مورد بحث قرار می گیرند که در هنگام بررسی اجسام، خنثی شده اند. نیروهای هسته ای برد کوتاهی دارند و نیروهای الکترومغناطیسی نیز در ساخمان ماده خنثی شده اند. بنابراین ما در مکانیک کوانتوم نمی دانیم چرا سیب سقوط می کند و این پدیده در نسبیت عام مورد توجه و توضیح قرار می گیرد.
در نسبیت عام گرانش، یک نیروی اساسی نیست بلکه اثر هندسی ماده بر فضای اطراف است. بنابر نسبیت عام، ماده به فضای اطراف خود انحناء می دهد.
تلاشهای زیادی انجام شده است که مکانیک کوانتوم و نسبیت عام را ادغام کرده و به عنوان یک نظریه واحد بیان کند که آنرا unified Field Theory می نامند. در واقع Unified Field Theory باید با مدل استاندارد تطبیق کند و بتواند نسبیت عام را نیز شامل شود.
در نظریه ریسمان (String Theory) به جای اینکه هر ذره را مستقل در نظر بگیریم به صورت رشته ای پیوسته با شکلهای مختلف درنظر میگیریم , مثلا الکترون را می توان مانند یک النگو رشته ای بدانیم که دو سرش بهم گره خورده و حلقه دایره ای تشکیل داده است. علت بوجود آمدن 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 می توانند با هم در انرژیهای بالا متحد شوند و یک نظریه واحد داشته باشند. یعنی انشعاباتی از یک نظریه اصلی باشند.
اصطلاحاٌ می گویند این سه نظریه در انرژیهای بالا تقارن دارند و در انرژیهای معمولی دچار شکست خودبخودی تقارن می شوند. 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 ذره نقطه ای که بهم نزدیک می شوند طبق نظریه کوانتومی بی نهایت بدست می آید. از اینرو ذرات بصورت ریسمانهای یک بعدی در نظر گرفته شدند. مثلا الکترون یا کوارکها همگی ریسمانهای بسته و حلقوی با شکلهای مختلفند. در این تصورجدید، دیگر برهم کنش ذرات در زمان و مکان خاص رخ نمی دهد بلکه شما دو حلقه دارید که در فضا بهم نزدیک می شوند و با عکسبردای تخیلی یک پوسته به شکل شلنگ نمایش داده می شود. 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 می شود.
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.
تئوری 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 برانگیخته» سیمهای گیتار تحت کشش بنامیم.
به طور مشابه در تئوری ریسمان ذرات بنیادین که در شتاب دهنده‌ها مشاهده میشوند را می‌توانیم نت‌های موسیقی و یا همان «حالتهای برانگیخته» فرض کنیم.
در تئوری ریسمان همانند نواختن گیتار، ریسمانها باید تحت کشش قرار بگیرند تا برانگیخته شوند. 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 همانطور که در قبل گفتیم با کمیت : شناخته میشود و در آن α´ با مربع مقیاس طول ریسمان متناسب است.
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 33 10سانتیمتر می باشد ( آنها 100 میلیارد میلیارد بار از پروتون کوچکترند). متاسفانه 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 شده اند. تئوری ریسمان در اصل برای توصیف روابط میان جرم و اسپین ها پیشنهاد شده بود. در تئوری ریسمان، ذرات از برآشفتگی ریسمانهای بسیار ریزی بوجود می‌آمدند؛ یک ذره که از این برآشفتگی‌ها بر می‌خواست، 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.
ابعاد اضافی
نظریه ریسمان ادعا می کند که دنیای ما ، ده (10) بعدی ست. یعنی نه (9) بعد مکانی و یک بعد زمانی دارد. این برخلاف تجربیات ماست. یعنی ما فکر می کنیم که در دنیایی با سه بعد مکانی و یک بعد زمانی زندگی می کنیم. به همین دلیل توجیه می کند که شش بعد اضافی در واقع در دنیای ما وجود دارند ولی فشرده شده اند. فشرده شدن یعنی اینکه مثلا شما یک شلنگ را از فاصله ی دور بصورت یک بعدی می بینید اما از نزدیک بصورت یک استوانه ی دو بعدی.
آیا به همین دلیل است که ما دنیای موجوداتی نامرئی را که کتب ادیان و مشاهدات میلیونها انسان از آن سخن می گوید را نمی بینیم.
پوسته ها
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 پوسته ها هستند. فوتون روی این پوسته هاست و شش بعد دیگر تاریک است. فوتون فقط روی این پوسته ها زندگی می کند. و ما ابعاد اضافی را نخواهیم دید. همچنین گراویتون در همه فضا وجود دارد. کنش ذرات با گراویتون در نه بعد انجام می شود. اثر گراویتون در این ابعاد اضافی آنقدر کوچک است که ما فقط آثار گرانش را مشاهده می کنیم.و چیزی از آن را نمی بینیم.
+ نوشته شده در ساعت توسط کوثری
|