نظریه ی ریسمان و ابعاد اضافه

[Interstellar]

جهان ما دارای ابعادی بیش از 3بعد است اما در حال حاضر قادر به دیدن آنها نیستیم.

بجز جهت های بالاوپایین،چپ و راست،عقب و جلو ابعاد دیگری نیز در جهان وجود دارد.

در سال 1919 یک ریاضی دان گمنام آلمانی به نام تئودور کالوتزا یک ایده ی جسورانه و عجیب را مطرح کرد.او پیشنهاد داد شاید جهان ما در حقیقت بیش از 3 بعد داشته باشد.یعنی علاوه بر چپ و راست،جلو وعقب،بالا و پایین شاید ابعاد فضایی بیشتری وجود داشته باشد که به دلایلی هنوز مشاهده نکردیم.این ایده تاثیر عمده ای در فیزیک قرن پیش گذاشت و مدام به تحقیقات پیشرفته دامن زد.

چگونه نور خورشید از داخل فضای خالی می گذرد و اثر می گذارد؟


این سوالی بود که انیشتین تصمیم گرفت پاسخ آن را پیدا کند.انیشتین در پاسخ به این سوال دریافت واسطه ای که جاذبه را انتقال می دهد خود فضاست.

فرض کنید فضا زیر لایه ی همه چیز است.انیشتین گفت که اگر ماده نباشد فضا صاف و تخت است ، ولی اگر ماده در محیط وجود داشته باشد مثل خورشید باعث میشود که بافت فضا پیچ و تاب بخورد و انحنا پیدا کند.و این نیروی جاذبه را انتقال می دهد.حتی زمین هم فضای اطرافش را انحنا میدهد.حال میتوان بر این اساس توجیح کرد که چرا ماه با دور زمین میچرخد و روی آن سقوط نمی کند.چون در راستای فرورفتگی محیط خمیده ای غلت می خورد.

همین امر کالوتزا را به فکر انداخت.او می خواست نیروی الکترو مغناطیس را بر پایه ی پیچش و انحنا توضیح دهد.

از خود پرسید پیچش و انحنای چه چیز؟

شاید ابعاد دیگری در فضا وجود دارد.

بنابراین برای فضا 4بعد در نظر گرفت نه 3تا.وقتی که او معادلات توصیف گر جهان را به جای 3بعد،4بعد در نظر گرفت به معادلاتی رسید که انیشتین در 3بعد به دست آورده بود.ولی او به خاطر یک بعد اضافه یک معادله ی اضافه پیدا کرد.و وقتی معادله را دید چیزی نبود جز همان معادله ای که دانشمندان برای مدت ها آن را به عنوان توصیف کننده ی نیروی الکترومغناطیس میشناختند.

بسیار شگفت انگیز بود.

حال برای ما دو پرسش مطرح می شود:

1.اگر ابعاد بیشتری در فضا وجود دارند،کجا هستند؟

2. آیا واقعا این نظریه در ریزه کاری ها جواب می دهد وقتی که سعی
داریم آن را برای جهان اطرافمان به کار ببریم؟

پرسش اول در سال 1926 توسط شخصی بنام اسکار کلاین پاسخ داده شد.او پیشنهاد داد که شاید ابعاد به دو شکل مطرح می شوند:شاید یک سری از ابعاد بزرگ و آسان دید باشند و یک سری از ابعاد دیگر بسیار ریز و در خود حلقه شده وجود داشته باشند.با اینکه تمام دو رو بر ما را فرا گرفته اند آنقدر ریز حلقه شده اند که ما آنها را نمی بینیم.

تصور کنید که به چیزی نگاه می کنید.مثلا یک سیم.این سیم از فاصله ی دور یک بعدی به نظر می رسد.ولی میدانیم که سیم دارای ضخامت است گرچه از فاصله ی دور دیدنش سخت است.ولی اگر به سیم نزدیک شویم و با دیدگاه یک مورچه کوچک که دور سیم گردش می کند نگاه کنیم مورچه ها آنقدر ریزند که می توانند به همه ی ابعاد دسترسی داشته باشند.هم چنین جهت ساعت گرد و پات ساعت گرد (توجه داشته باشید که همین سیم از فاصله ی دور تک بعدی دیده می شد/ادمین).و این مساله این واقعیت را نشان می دهد که ابعاد می توانند به دو دسته تقسیم شوند.بزرگ و کوچک.

و این ایده که شاید ابعاد بزرگ اطرافمان آنهایی هستند که به سادگی می توانیم ببینیم ولی شاید ابعاد بیشتری وجود داشته باشد که حلقه شده باشند.تقریبا مانند همان بخش دایره وار سیم.آنقدر کوچک که تا بحال پنهان مانده اند.

پس اگر به طور مثال به خود فضا بنگریم فقط می توانیم دو بعد در صفحه را مشاهده کنیم.ولی هر چیزی که در صفحه است تخت نیست و دارای بعدی جدید است.و اگر نزدیک شوی،نزدیکتر،باز هم نزدیکتر ،بسیار بسیار نزدیک و در اعماق میکروسکوپی خود فضا این ایده است که می توانیم ابعاد حلقه شده ی اضافی داشته باشیم.شکل کوچکی از دایره،آنقدر ریز که نمی توانیم ببینیمشان.

این توضیح آن است که جهان می تواند ابعاد بیشتر از آن چیزی که ما می بینیم داشته باشد.

ولی در مورد پرسش دوم :

آیا این نظریه واقعا می تواند وقتی می خواهید آن را در مورد جهان واقعی به کار ببرید به درستی جواب دهد؟

انیشتین و کالوتزا نتوانستند پاسخ این پرسش را بیابند.آنها نمی توانستند جرم الکترون را طوری به دست آورند که در این نظریه به درستی جواب بدهد.

اما با رخ دادن پدیده ای شگرف در عصر ما جواب پرسش دوم نیز پیدا شد.
در عصر ما روش جدیدی برای یگانه ساختن قوانین فیزیک توسط فیزیک دانان دنبال می شود.نام آن نظریه ی "ابر ریسمان" است.و نکته ی شگفت انگیز اینجاست که نظریه ی ابر ریسمان در نگاه اول هیچ دخلی به ابعاد اضافه ندارد ولی وقتی این نظریه را مورد مطالعه قرار می دهیم پی می بریم که این نظریه به شکل جالب و جدیدی وارد می کند.

نظریه ی ابر ریسمان چه چیزی است؟

این نظریه تلاش می کند به این پرسش پاسخ دهد که اجزا ی اولیه غیر قابل تقسیم که تمام جهان اطرافمان را تشکیل داده اند چیستند؟
برای پاسخ به این پرسش سفری به اعماق داخلی یک شی مثلا یک شمع می رویم و اجزایش را می کاویم.اگر به اعماق آن برویم می دانیم که به اتم ها می رسیم و هم چنین میدانیم که اتم ها پایان ماجرا نیستند آنها الکترون های ریزی دارند که دور یک هسته از نوترون و پروتون می چرخند.حتی نوترون ها و پروتون ها نیز ذرات ریزتری داخلشان دارند به نام کوارک ها.و اینجا مکانیست که نظریه ی ریسمان و ابعاد اضافه وارد عمل می شود.در اعماق این ذرات چیز دیگری وجود دارد.این چیز تارهای مرتعش انرژی هستند که مثل یک رشته ی مرتعش به نظر می آیند.این رشته های مرتعش در حالت های متفاوتی می لرزند که همان ابعاد اضافه ی فضا را می سازند.

کیهان شگفت انگیز