نظریه‌ی ریسمان چیست و چرا بشر به آن نیازمند است؟

بیگ بنگ: نظریه‌ی ریسمان، یک نظریه‌ی پیچیده‌ است که واقعیت کیهان را به‌وسیله‌ی ابرریسمان‌ها، به عنوان پایه‌ای‌ترین جزء ماده، توضیح میدهد. به گفته برخی فیزیکدانان، نظریه‌ی ریسمان فیزیک ِ قرن ۲۱ میباشد که تصادفاً وارد قرن ۲۰ شده است.
به گزارش انجمن خرد به نقل از بیگ بنگ، برای چندین دهه، دانشمندان برای کشف زیربنای محیط سه‌بعدی تئوری پردازی کرده‌اند و به‌ دنبال یک تئوری واحد و یکتا برای توضیح تمام ساز و کار کیهان بوده‌اند. در قرن گذشته، خیلی‌ها به‌دنبال عملی‌ساختن این مأموریت رفته‌اند. اما با روی‌کار آمدن تئوری ریسمان یا ابرریسمان بود که یافتن جواب خیلی دور از دسترس به‌نظر نمیرسید.

فلسفه‌ی وجودی تئوری ریسمان، برقراری پیوندی میان نسبیت عام آلبرت اینشتین و مکانیک کوانتوم، و اعمال تئوری کوانتوم به گرانش می‌باشد. در یک سخنرانی TED در سال ۲۰۰۵، فیزیکدان نظری مشهور، برایان گرین این نظریه‌ را با در هم شکستن ماده، طبق تمام دانسته‌های قبلی ما از ماده توضیح می‌دهد. او گفت که مواد از اتم‌ها ساخته‌ شده‌اند، که خودشان از الکترون، پروتون و نوترون ساخته شده‌اند، که همین‌ اجزاء را نیز می‌توان به کوارک تجزیه کرد. تا پیش از نظریه‌ی ریسمان، دانش ما تا همین‌جا قد می‌داد. تئوری ریسمان می‌گوید این ذرات زیراتمی به‌ظاهر غیر قابل تجزیه، در اصل از ریسمان‌هایی پدید آمده‌اند که ارتعاش و تغییر شکل دائمیشان در فضا باعث پدید آمدند تمام آن چیزی شده که می بینیم.

تئوری‌های زیادی باعث پیشرفت اولیه‌ی نظریه‌ی ریسمان در سال ۱۹۶۸ شدند. بسیاری از اوایل ۱۹۰۰ به دنبال یافتن نظریه‌ی یکپارچه بوده‌اند، تا دانش فعلی از جهانمان را افزایش دهند. درحال حاضر، با اینکه توان آزمایش و اثبات نظریه‌ی ریسمان در عمل وجود ندارد، فیزیکدانان نظری مثل ادوارد ویتن مشغول کشف نتایج محتمل این تئوری هستند.

ویتن در مصاحبه‌ای با شبکه NOVA، نظریه‌ی ریسمان را اینگونه توضیح می‌دهد: « نظریه‌ی ریسمان تلاشی برای توضیح ژرف‌تری از طبیعت است که در آن ذرات بنیادی صرفاً به‌عنوان نقطه در نظر گرفته نمیشوند بلکه به‌ صورت حلقه‌هایی از ریسمان‌های مرتعش هستند. یکی از خواص اساسی این ریسمان‌ها این‌است که توان ارتعاش در انواع و اقسام اشکال و فرم‌ها را دارد، که باعث طنین‌انداز شدن موسیقی می‌شود. صدای دیاپازون برای گوش انسان آزار دهنده‌ است. چرا که شما یک تک نوای خاص میشنوید، در عوض در پیانو و ویالون همزمان چندین لایه‌ی بالاتر نواها را نیز می شنویم که باعث زیبا و غنی شدن موسیقی می‌شود… دلیل وجود منشأ واحد برای نیروها و ذرات گوناگون نیز همین است. ارتعاشات مختلف که توسط یک ریسمان اساسی نواخته می‌شود. با دانسته‌های فعلی‌مان از نظریه‌ی ریسمان، هیچ‌ چیزی پایه‌ای‌تر از ریسمان وجود ندارد.»

ادوارد ویتن در طول زندگی‌اش کمک‌های شایانی به فیزیک کرده، از جمله معرفی نظریه ام (M Theory)، که ۵ نظریه‌ی موجود ابر ریسمان را متحد می کند. (۵ نظریه با نام‌های type I، type IIA، type IIB، SO(32) heterotic و E8xE8 heterotic). در دهه‌ی نود میلادی تصور بر این بود که این تئوری‌ها جدا از یکدیگرند و الزاماً یکی از آن‌ها می‌تواند درست باشد (آن تئوری‌ای باید درست باشد که محدودیت‌های انرژی‌اش با اطلاعات فیزیکی روی زمین منطبق باشد.) ویتن در تئوری‌هایش می‌گوید که دوگانگی‌هایی وجود دارند که توان متصل کردن چندین تئوری را از طریق تعامل میان ذرات را پدید می‌آورد.

چرا ریسمان؟

افرادی، نظریه‌ی ریسمان را چیزی بیشتر از یک احتمال شگفت‌انگیز نمی‌دانند. اما امید‌هایی که در تحقیقات محتمل آینده‌ی تئوری ریسمان نهفته‌ است، بسیار بیشتر از یک داستان جالب و فریبنده‌ است. اولین‌بار که تئوری گرانش توسط آیزاک نیوتن کشف شد، در اذهان عمومی به‌عنوان اکتشافی باورنکردنی شناخته می‌شد و واقعاً همین بود. زمانی که این تئوری انقلابی به‌ پا کرد، کاربردهای عملی از آن هیچ شباهتی به کاربردهایش در دنیای امروز ندارد. از نیوتن تا نسبیت عام اینشتین تا نظریه‌ی ده‌بعدی گرانش برانس-دیکی، این تئوری انقلابی همواره به دانشمندان فرصت اختراع، نوآوری و توسعه داده است. بدون این پیشرفت‌ها و دانش، پرواز، کاوش فضا و حتی پزشکی مدرن به‌ صورتی که امروز شاهدش هستیم وجود نمیداشت.

به‌همین ترتیب برای تئوری ریسمان، اگر مرزهای فیزیک محض با همین روند گسترش یابند، ممکن است روزی اطلاعاتی ارزشمند شکل جدیدی به نگرش‌ علمی ما ببخشد. اگرچه تئوری ام هنوز موفق به اثبات معادله‌ای یکتا نشده، تا‌ به‌ اینجا توانایی ارائه‌ی اطلاعاتی ارزشمند از اجسام دو بعدی و پنج‌بعدی را داشته است. علاوه‌ بر این بر توانایی درک ما از دوگانگی‌های متصل‌کننده و یکتاساز تمام دانسته‌های ما از نظریه‌ی ریسمان افزوده است. برای اطلاعات بیشتر کتاب ذرات بنیادی یا نظریه ریسمانها را مطالعه کنید.