نظریهٔ ریسمان

اندازه بگیر آنچه اندازه پذیر است؛ و اندازه پذیر را آنچه نیست بساز. گالیله

 

در فیزیک نظری برای انرژی‌ بالا در پیوند نسبیت عام اینشتاین و مکانیک کوانتوم با اشتراک گرانش، نظریه‌ی ریسمان پیدا شد که فیزیک ِ سده ۲۱ بوده؛ تصادفاً وارد سده ۲۰ شد. اکنون ماده از ذره در یک نقطه در فضا با الکترون، پروتون و نوترون نبوده که همه از کوارک اند؛ بلکه از طوقه های ریسمان است. ریسمان ارتعاش و تغییر شکل دائمی انرژی در فضا ست که عناصر را می سازد. پس ماده از ریسمان یا طوقه انرژی ساخته شده نه از کوارک. انرژی پتانسیل تغییر وضع ذره است.

 

فاینمن 1918-1988 صاحب نوبل فیزیک، گرین، شوارتز 1932-2006 صاحب نوبل فیزیک نظریهٔ ریسمان را در توضیح نامتناقض گرانش کوانتومی مطرح کردند. اندازه ریسمان‌ بسیار کوچک‌تر از آن  در نیروی ضعیف بود.

 

کامران وفا- پژوهش بر روی ماهیت گرانش کوانتومی، رابطه بین هندسه و نظریه های میدان کوانتومی دارد. او کشف مشترک با اشترومینگر دارد که سیاهچاله ها را با نظریه ی ریسمان می توان توضیح داد. در ۱۹۹۷ او نظریه ی F در ابرریسمان را تهیه کرد.  

 

نیما ارکانی حامد  فیزیکدان پراستعداد است . در 2016 مدیر مرکز فیزیک انرژی بالای چین در ساختن بزرگترین شتاب‌دهنده ذرات جهان شد. فیزیکدان میچیو کاکو استدلال کرد: نظریۀ ریسمان پتانسیل آن را دارد تا «تئوری همه چیز» باشد. وی معتقد است جهان احتمالا از بیش از چهار بُعد ساخته شده است.

 

واقعیت ادراک برخی نیروهای طبیعت مانند نور، دما، فشار، بوی / مزه شیمی است یا کیهانی با 7نشانه؟ تار و پود / فابریک فضازمان یک کود یا زبان می تواند باشد. http://www.quantumgravityresearch.org

 

نظریه پیدایش می خواهد با ریاضیات، علم، منطق اصول نظریه وحدت گرانش کوانتوم، نظریه نسبیت، آگاهی را در خود مرتب کند. واقعیت اطلاعات است که بشکل نماد مانند کود یا زبان ارایه می شود. نمادهای هندسی برای دایره، 4وجهی، هرم مانند نمادهای زبان آ ب پ برای ارایه معنی، منظور، نیت می باشند. آیا کیهان از نمادهای هندسی نه اتم تشکیل شده؟ نسبیت و کوانتوم در نظریه پیدایش سرعت ثابت نور و عدد ثابت پلانک را توضیح می دهند. نظریه همه چیز با 7نشانه ارایه شد:

1- اطلاعات فاکت های ردیف در باره چیزی کود شده اند. نمونه: دفتر تلفن.

2- طوقه علیت سکانس رویداد ناشی از رویدادهای دیگر است.

3-غیرجبری در پویش کیهان هر الگوریتم واکنشی از طیف امکانات دارد.

4-هوشیاری وجود ناظر گروهی در کیهان و یاخته خودساز است.

5-پیکسلاسیون کاهش تصویر به کوچکترین جزء بطول ثابت پلانک در تلویزیون است.

6-کریستال الگوی تناوب 8 تا 3 بعدی ذرات است. نمونه: بلور.

7-نسبت طلایی 0.618 عدد ثابت طبیعت است.

 

در علم وحدت یکی ار مقصدهای مهم است. لذا وحدت نسبیت عام و کوانتوم مکانیک و وحدت 4نیروی کیهان با ریز ذره ها در تکمیل مدل استاندارد در سده 21 ادامه دارند.  “تئوری همه چیز” برای چیستی، چگونگی، ساختار کل کیهان با 7 نشانه فوق ارایه شده که شاید بتواند به وحدت آنها در کیهان بیانجامد. در این وحدتها 3 نظریه پیدایش Emergence، ریسمان string، در هم تنیدگی  Entanglement هم مفید اند.

 

نظریه پیدایش با اصل 1 وحدت نسبیت خاص و عام، کوانتوم مکانیک، استاندارد مدل است. هسته نظریه پیدایش این است: واقعیت اطلاعات است. اطلاعات معنی مجموعه نمادها مانند کود مانند 0 1 در باینری یا زبان ند. چینش این نمادها تابع قواعد اند. کود نیاز به گزینده و هوشیاری دارد. اطلاعات انرژی، توان تغییر وضع ذره، است.

 

واقعیت معنی قیاسی است؛ هندسه نوعی نماد است. معنی ادراک چیزی در قیاس با چیز دیگر است؛ ذهنی، اندازه پذیر، ادراک پذیر، گزینه دار است. داده بیس واژه ها در جدولی دارد. همه زمان همیشه هست. گذشته و آینده همه در فضا زمان آینشتاین هست. واقعیت قاب در یک آن است؛ مانند قاب فیلم 24 قاب / دقیقه حرکت را می نمایاند. چرا آینده بر گذشته اثر ندارد؟ ولی گذشته بر اینده اثر دارد.

 

نظریه گیر برای 2 ذره گیر چنان است که تبیین وضع کوانتومی یکی نیاز به دیگری دارد. نظریه تار ذره در نقطه فضا را با تار 1-بعدی در انتقال در فضا و برخورد بهم تبیین می کند.

 

کریستال الگوی متناوب تکراری در ساختار ماده است. نمونه: نطع شطرنج در کریستال 2بعدی. شبه کریستال تصویر چند بعدی بر 2بعدی است؛ که ساختار 4وجهی تکراری دارد. نمونه: سایه 2بعدی یک مکعب چوب کبریتی 3بعدی روی زمین. واحد 4 وجهی واحد تکراری کیهان است.

 

داف در 2006 نظریه ریسمان را در کوانتوم مکانیک در کیوبیت qubits در شباهت با سیاهچاله بکار برد. کیوبیت در نظریه اطلاعات کوانتوم و ارتباطات امن با کاربرد در هم تنیدگی یعنی تغییر وضع یک ذره و تاثیر ن بدون واسطه با ذره دیگر در فاصله بکار برد.

 

چگالی نسبت جرم به حجم مواد است. ماده با چگالی بیشتر چگال‌تر است که در حجم مشخصی از آن جرم بیشتری دارد. سیاهچاله چگال است که با نظریه ام تبیین شد.

 

در طبیعت 4نیروی جاذبه با فرمول نیوتن، الکترومغناطیس با فرمول ماکسول تبیین شده؛ ولی نیروی هسته ای قوی و ضعیف فرموله نشدند. کرومودینامیک کوانتومی برای تبیین نیروی قوی هسته ای، QCD  بخشی از مدل استاندارد، پیش‌بینی دو برهم‌کنش نیروی ضعیف پیدا شد که نظریه ریسمان را کنار زد.

 

در ۱۹۸۰ نظریه ریسمان نیروی گرانشی و برطرف‌کردن ناهنجاری‌ نظریه ابر گرانش تبیین کرد. البته مدل استاندارد هم می کوشد تا 4نیرو را با ریز ذرات تبیین کرده؛ به رویای آینشتاین در وحدت 4 نیرو نزیکتر شود.

 

فضای ریسمان‌ها 26 بُعد دارد که با ریاضیات، نظریهٔ گروه‌ها برای حفظ هموردایی لورنتز تبیین می شود. این بعدها مانند چرخش کوارکها از 4 بعد فضا- زمان آینشتاین کوچک و فشرده اند. مسافت کم از مبنا به مقصد است؛ کوچک هم بمعنای مسافت کم به مقصد می رسد. براین گرین حرکت مورچه را بر تیر چراغ راهنمایی شهر یا روی توپ فوتبال در تصویر حرکت مورچه در ابعاد کوچک و فشرده ریسمان بکار برد.

 

ادوارد ویتن نظریه ام M یا حرف اول پوسته/ ممبرین برای وحدت ۵ نظریه‌ی ابر ریسمان را ارایه کرد تا توصیف‌گر طبیعت باشند.  این ۵ نظریه گونهٔ I، ‏ IIA ‏ IIB و دو نظریهٔ ابرریسمان هتروتیک ‌اند.

 

در برخی از این نظریه ها، ذرات سریعتر از نور هم هست که در تناقض با جهان مریی است. در دهه‌ی 1990 آنها از هم جدا انگاشته؛ باید یکی صحیح بنا به محدودیت‌ انرژی‌ ذرات در آزمایشگاه باشد. از جاذبه نیوتن و نسبیت عام اینشتاین تا نظریه‌ی 10‌ بعدی گرانش برانس-دیکی را نظریه ریسمان وحدت داد ت ذرات 2 و 5 بعدی را تبیین کند. ریسمان مانند تار سنتور ذرات را با ارتعاشان گوناگون می سازد.

 

نظریه ریسمان 2 نوع دارد: ریسمان بوزونی، اَبَرریسمان. صفت اَبَرْریسمان وحدت ذره ای گرانش نسبیت عام و مدل استاندارد نظریهٔ انرژی موجی میدان کوانتوم را در تبیین 3 نیروی الکترومغناطیس، ضعیف و قوی هسته ای  به هم ربط دهد.

 

نخستین و ساده‌ترین نوع اول است که نیاز به ۲۶ بعد برای همخوانی با ضوابط و مفروضات مانند تقارن لورنس دارد. در آن تاکیون ذره‌ سریعتر از نور هم هست که در تناقض با طبیعت است که از آمار بوز در مقابل فِرْمی پیروی می‌کند. لذا برای الکترون نادرست بوده؛ ولی  گراویتون‌ و فوتون‌ را تبیین می کند

 

در نظریه ی ریسمان بوزونی همه ی ذرات ارتعاش ریسمان یک بعدی اند از برخورد ریسمان ها ماتریس S* حاصل می شود. هر ذره ریسمان مرتعش است. پروتون 3 ریسمان کوارک دارد. پس پروتون از برهمکنش 3 ریسمان کوارک در تماس پدید می آید؛ گره 3 ریسمان لاستیکی کشسان است که بوزون و نه فرمیون را پیش بینی می کند. بنیانگذاران نظریه ی ریسمان، یوشیرو نامبو، نیلسون، ساسکایند در دهه ی ۱۹۷۰ بودند. اکنون کاکو و وفا ادامه می دهند.

 

ذره بنیادی صفت اسپین داشته؛ یا صحیح مانند بوزون یا نیمه صحیح مانند فرمیون است. پس ذره یا بوزون یا فرمیون است. نظریه ریسمان باید بر هر دو نوع ذره محاط باشد. نظریه ی ریسمان بوزونی کامل نبود. کلاود لاولیس در  ۱۹۷۴ دریافت برای سازگار باید ۲۵ بعد مکانی بکار رود.

 

پس فضا-زمان ۴ بعدی آینشتاین در نظریه ی ریسمان، ۲۶ بعد دارد. البته کالوتسو همزمان با آینشتاین در 1921 با ریاضات تجریدی فضا را 5بعدی یافت. او بعدهای دیگر ار برای گرانش و نیروی الکترومغناطیس تعبیر کرد. ابعاد مازاد را می توان با دما، چرخش، ارتعاش هم تعبیر کرد. این نظریه کمبودهای زیر را دارد:

– طیف آن ذرات بدون جرم دارد.

– تاکیون ، سریعتر از نور می رود.

– فرمیون، نوع الکترون، ندارد.

– فضازمان ۲۶ بعدی دارد.

- هیچ پیش‌بینی ابطال‌پذیری نمی‌کند.

- واقعیات موجود را توضیح می‌دهد.

 

ابرریسمان- ابرتقارن یعنی در مقابل هر ذره بوزونی یک ذره‌ای فرمیونی است.  نیز ذره-پادذره و نظریه در هم تنیدگی کیهان را در مبدا مشترک مهبانگ و در هم تنیدگی زوج ذرات ماده را مانند جفت دستکش می انگارد. تحریک یک ذره جفت آن را در کیهان بدون واسطه تحریک میکند. در ابرریسمان و ابرگرانش ریسمانهای مرتعش واقعیت را می سازند. پیشوند ابر در ترکیب ریسمان فاقد تناقض و قبول فرمیونی  است که به یک ابرتقارن در کنش ریسمان نیاز دارد.

د-وسته  و نظریه-م خواندمی شود: دال وسته بر وزن پوسته را در ۱۹۹۵ ادوارد ویتن فیزیکدان بکار برد که به ریسمان می خورد. د-وسته‌ ذره ایست تا دو سر ریسمان‌های باز روی آنها بلزند. این ذرات صفر- تا چندین بعد دارند. ابعاد-فضایی غیر زمانی اند. د-وستهٔ 2بعدی یک برگ با ضخامت صفر «پوسته» یا د۲-وسته (تلفظ می‌شود دال-دووسته) می‌گویند. نام د-وسته به قرینهٔ پوسته انتخاب شد. د۱-وسته (خوانده می‌شود دال-یکوسته) خود به شکل ریسمان است. به همین منوال می‌توانیم د۰-وسته (دال-صفروسته) د۳-وسته (دال-سووسته) د۴-وسته باشند. حرف «د» که در ابتدای این کلمه‌ها می‌آید حرف نخست نام دریشله ریاضیدان آلمانی است؛ بنابراین د-وستهٔ هرچند بعدی ‌باشد  «د تعداد ابعاد-وسته» نوشته می شود.

 

د-وسته‌ها اهمیت فزاینده‌ای یافته‌؛ زیرا نه فقط دو سر ریسمان‌ها روی آنها می‌لغزند. بلکه با چیدن د-وسته‌ها در فضا می‌توان نظریه‌ پدید آورده؛ کنش مبین یک د-وسته را ساخت.

 

نظریه-ام، در ۱۹۹۵ ادوارد ویتن ثابت کرد: 5 نظریهٔ ابرریسمان ربط همزادی دارند. اینها 5جلوه گوناگون از یک نظریه-م اند. تلفظ می‌شود نظریهٔ میم از ممبرین/ پوسته. در نظریه-م در شرایط خاص به هر یک از این 5 نظریه خلاصه می شود. کشف و درک نظریه-م دستاورد مهمی برای توضیح کائنات است. «م» حرف اول مادر، «ماتریس»، ممبرین/ پوسته است.

 

نظریهٔ ریسمان و نظریه-م، پارامتر آزاد ندشته؛ یعنی نمی توان آزمایش کرد. پس خواص ذرات از معادلات ریاضی در 11 بعد برآمده. این نظریه وجود، جرم، چرخش، بار الکترون را باید بدهد. از د-وسته‌ جهان‌های موازی مشتق شده اند. آیا نظریهٔ ریسمان تجربی‌است؟  

منابع.  ‏2017‏/12‏/23

ویکی پیدای فارسی –نظریه ریسمان

https://bigbangpage.com/tag

مستند زیبایی در باره واقعیت، زمان، نسبیت، کوانتوم.. https://www.youtube.com/watch?v=w0ztlIAYTCU واقعیت چیست؟
http://www.quantumgravityresearch.org/emergence-theory-overview

کتاب نظریه ی ریسمان، اندرو زیمرمن جونز، دنیل رابینز، مترجم: مریم ذوقی.

Duality همزادی

D-Brane د-وسته

Heterotic هتروتیک

M-Theory  نظریه-م

Entanglement  در هم تنیدگی

String theory نظریه ریسمان