امروز یه ناخنکی به فیزیک میزنیم.تمام کسانی که در فیزیک کار میکنند و خیلیها هم در بیرون فیزیک نام نظریات فوق را شنیده اند.

 فکر نمیکنم کسی در غنای ریاضی نظریۀ ریسمان ذره ای تردید داشته باشد.در یکی از وقایع کم نظیر (و تا آنجا که من میدانم بی نظیر) تاریخ علم ، بیش از یک نسل از توانمندترین فیزیکدانان که تعداد آنها سر به چندهزار نفر میزند مشغول ساختن نظریه ای شدند که هدف غایی آن وحدت گرانش با سه نیروی وحدت یافتۀ دیگر( الکترومغناطیس، قوی هسته ای و ضعیف هسته ای) است. البته بجز این هدف، نکات دیگری هم وجود دارد مثل خودسازگاری نظریه و این که در آن پارامترهای اساسی بطور خودکار از نظریه نتیجه شود و جایی برای دستکاری نباشد و ... .

لازم است که به نکته ای اشاره شود و آن اینکه فرض وجود نظریه ای وحدت یافته و جستجوی آن از خود فیزیک در نمی آید.در واقع در پشت این فرض، یک پیش فرض فلسفی – عرفانی وجود دارد. وجود یک نظریۀ وحدت یافته نشان از وجود جهانی وحدت یافته دارد.در واقع در نظریه ما کاری بجز توصیف جهان نمیکنیم. درست است که ما در انرزیهای بالا نشانۀ وجود وحدت را در همگرایی ثابتهای جفت شدگی(coupling constants) می بینیم ولی این دلیلی برای وجود نظریه ای وحدت یافته نیست! میتوان نظریه های متفاوتی داشت که در انرزی خاصی شدت آنها یکسان شوند ولی وحدت یافته نباشند. شاید از منظر یک فیزیکدان همین نشانه کافی باشد ولی اگر سیستم تشخیصی را دقیقتر کنیم و این ایده را موشکافی کنیم به امر دیگری میرسم.هدایتگر ما در این مسیر تخیلی است که ما را به آن سو رهنمون میشود (ر.ک : در رسای تخیل). در پس ذهن کسی که به دنبال چنان نظریه ایست این نکته مفروض است که چنان جهان وحدت یافته با قوانینی واحد وجود دارد. حتی نظریۀ جهانهای چندگانه (multiverse) آنچنان که از کیهانشناسی تورمی (Inflationary cosmology) می آید با این نکته منافات ندارد، زیرا آن جهانها، هم به تنهایی وحدت یافته اند و هم در مجموع کل جهان (universe) را میسازند.در واقع ساختار جهان گسترده تر و غنی تر میشود.

 در هر صورت نظریۀ ریسمان معروفترین (و نه الزاماً بهترین) نامزد برای وحدت میدانهای فیزیکی بوده است.سرچشمه های این رود پرآب و طویل به اواخر دهۀ 1960 میرسد و اولین نتایج آن در اوایل دهۀ 1970 بیرون آمد و در 1984 انقلابی مهم در این نظریه توسط مایکل گرین و جان شوارتز  رخ داد که ارائۀ نظریۀ " ابَر ریسمان" بود. پیشوند "ابَر" از آنجایی می آید که در این نظریه ابرتقارن هم وارد شده است. (ابرتقارن، تقارنیست بین فرمیونها وبوزونها، دو خانوادهۀ اصلی ذرات سازندۀ جهان که عده ای معتقدند که باید چنین تقارنی وجود داشته باشد و برای هر فرمیونی(مثلاً الکترون) همزادی بوزونی وجود داشته باشد و بالعکس.چنین همزادانی تا بحال دیده نشده اند و در حوزۀ انرژیهای قابل دسترس در شتابدهنده های ذرات هرگز نشانه ای از این تقارن به ثبت نرسیده است.). در اواخر دهۀ 90 ، ویتن این نکته را مطرح کرد که مدلهای مختلف ابرریسمان در واقع حالات مختلف یک نظریۀ اساسی تر به نام نظریۀ M  هستند.از تحولات مهم دیگر در این حوزه میتوان از معرفی D-brane ها توسط پلچینسکی یاد کرد. از جمله نتایجی که از این نظریه بدست آمده است میتوان به بدست آوردن منشأیی کوانتومی برای رابطۀ هاوکینگ – بکِنشتاین در مورد آنتروپی سیاهچاله ها بوسیلۀ شمارش حالات کوانتومی انواعی از آنها (وفا – استرومینگر ) و همچنین نشان دادن وجود نوعی تناظر بین فضای آنتی دوسیته و نظریۀ میدانهای همدیس( ADS/CFT correspondence ) (مالداسِنا) که نمایشی از اصل هولوگرافی در کیهانشناسی است و همچنین مفهوم چشم انداز (یا دورنمای) نظریۀ ریسمان (string theory landscape ) که بنظر میرسد جایی را برای اصل انسان مداری (Anthropic Principle) باز مینماید اشاره نمود.در اینجا قصد ندارم تا به توصیف کامل این مفاهیم و وقایعی که رخ داد بپردازم.علاقه مندان را به مقالات عمومی بیشماری که در این مورد، از روزنامه ها گرفته تا مجلات و سایتهای مختلف هست ارجاع میدهم.یک نمونه از این سایتها را در فهرست لینکهای وبلاگ میتوانید ببینید(نظریهء ریسمان).در قسمت ضمیمۀ این قسمت توضیحاتی در مورد این مفاهیم ارائه شده است

مرحلۀ اول کاریست در جهان مفاهیم ریاضی.این مفاهیم ذاتاً مجرد هستند و لزومی ندارد که ربطی به چیزی در جهان داشته باشند. حتی اگر خاستگاه آنها جهان طبیعت باشد، در فرآیند ریاضی شدن(Mathematicization)[1]، مجرد میشوند کما اینکه مثلاً با آنکه خاستگاه هندسه، طبیعت است ولی طی فرآیندی استعلائی در سطحی پیشرفته تر به هندسۀ خمینه ها (Geometry of manifolds) و هندسۀ دیفرانسل (Differential Geometry) منجر میشود که در آنها صرفاً با قضایایی روبرو هستید که گاهی به حدی مجرد هستند که حتی ممکن است چندان قابل شهود هم نباشند.البته در ریاضی فیزیک یعنی در حوزه ای  که فیزیکدانان با ریاضیات مرتبط میشوند، ریاضیات از آن فضای استعلائی نزول میکند و رنگ مفاهیم آشنای فیزیک را میگیرد و بنوعی امتزاج این دو شاخه با هم دیده میشود لذا میبینید که بسیاری از ریاضیدانان از اینکه در ریاضی فیزیک دقت ریاضی قربانی کاربرد آن میشود آزرده و منتقد میباشند ولی در واقع چاره ای وجود ندارد و یک فیزیکدان مجبور است که از بسیاری از اثباتهای دقیق ریاضی به بهای کاربرد آنها در طبیعت دست بکشد وگرنه همیشه در فضای مجرد ریاضیات باقی خواهد ماند.( نکتۀ تاریخی جالب این است که عموماً بهترین ریاضی فیزیکدانان بهترین ریاضیدانان هم بوده اند. کافیست به اسامی بالا  بزرگانی چون اویلر، لاپلاس، برنولی، ارشمیدس، دکارت، پاسکال، هامیلتون، ریمان، هلمهولتز، پوانکاره و ... بیافزاییم تا این گزاره را موجه تر نماید.)

 مرحلۀ بعدی نگاشت (mapping ) ریاضیات به جهان طبیعت است.البته ممکن است برخی این روند را معکوس بیانگارند، یعنی ما مفاهیم و کمیات فیزیکی را به ریاضیات نگاشت میکنیم و آنها ریاضیاتی (mathematicized) میشوند. در هر صورت صرف نظر از اینکه کدام دیدگاه را داشته باشیم نکتۀ اصلی این است که در اینجا باید طبیعت را به زبان ریاضی تصویر و یا به عبارتی بیان کنیم. این همان آموزۀ مهم گالیله بود که میگفت کتاب طبیعت را به زبان ریاضی نوشته اند و باید آنرا به آن زبان خواند. در اینجاست که باید تشخیص دهیم که کدام ساختار ریاضی برای این منظور بکار می آیند و البته راهنمای فیزیکدان در اینجا فقط ریاضی و یا زیبایی ریاضی نیست بلکه اطلاعات کلیدی دیگر این عمل از خود فیزیک می آید. اینکه طبیعت در حوزۀ مورد مطالعه چگونه رفتار میکند و کمیات فیزیکی روابط بین آنها چگونه است. پل بین این دو حوزۀ گسسته را تخیل ایجاد میکند.

تخیل مرز نمیشناسد و آزاد است که هم فیزیک و هم ریاضی را بهر صورتی که میخواهد امتزاج دهد و بهترین جفت شدگی را پدید آورد. زیبایی در اینجا هم، راهنمای تخیل است ولی چیزهای دیگری هم درمیان است تا این فرآیند منتج به نظریه ای قابل اعتنا شود. سازگاری عناصر موجود در نظریه بطوریکه پارادوکسیکال نباشند(هر چند ممکن است چنین نقیصه ای در کار باشد و بعدا در جای دیگری این عیب معلوم شود که البته تصحیح آن به نظریۀ بهتری می انجامد) و دیگر آنکه نظریه نشان دهد که واقعاً این طبیعت را توصیف میکند و اینجاست که تجربه نقش مهمی پیدا میکند.نکته ای فرع بر این اصل وجود دارد و آن ارائۀ بهترین توصیف است.

شاید نتوان به راحتی گفت که یک سیستم غلط است ولی بتوان گفت که کارآمدی آن کمتر است.نکات قبلی کاملاً روشن هستند ولی این یکی کمی باید بازتر شود و به آن خواهم پرداخت. به تاریخ علم رجوع میکنیم. نظریۀ زمین مرکزی بطلمیوس و خورشید مرکزی کوپرنیک را در نظر بگیرید.اگر اصالت آنها را به دلیل مرکز دانستن زمین یا خورشید در عالم بدانیم یا به عبارتی اینکه عالم منظومۀ شمسی است و ستارگان هم جزئی از آن هستند بطوریکه زمین(خورشید) و "تنها" زمین(خورشید) مرکز هستند آنگاه این دو نظریه هر دو به یک اندازه غلط بوده اند ولی اگر بحث را از نگاهی مدرنتر ساده کنیم و آنرا تفاوت در انتخاب سیستم مختصات بدانیم هر دو بطور اصولی یعنی فرض اصلی آنها و نه ساختار آنها، درست هستند.به عبارتی درست و غلط بودن آنها از منظر تصویری که از جهان بدست میدهند(و باز تأکید میکنم نه از نظر جزئیات ساختاری آنها) به همان واژۀ  "تنها" بستگی دارد! اینکه آیا استفاده از افلاک تدویر درست بوده یا نه در داخل آن سیستم است و البته باید به آنهم پرداخت که میدانیم کار دقیقی نبوده ولی انتخاب مدارهای دایروی در مدل کوپرنیک هم درست نبوده است.

واقعیت این است که با اینکه خمینۀ جهان، مرکزی به آنصورت که ما می شناسیم ندارد ولی شما الان هم می توانید زمین را مرکز عالم فرض کنید و تمام معادلات را بر اساس این سیستم مختصات بنویسید، هر چند که ممکن است معادلات و سیستم شما آنقدر پیچیده شود که کارآمدی آن بطور اساسی دچار مشکل شود ولی بطور اصولی غلط نیست. در آینده چنانچه مروری بر تاریخ کیهانشناسی را بنویسم این نکات را بیشتر مورد بحث قرار خواهم داد.

اینکه اشاره کردم که بنظر میرسد که نظریۀ ریسمان زیبایی ریاضی دارد اکنون بیشتر روشن می شود. این نظریه برای این جهان زیادی خوب است[1]. اینکه این نظریه نتایجی بدست داده که با حدسها و نظریات دیگری در فیزیک همخوانی دارد نکتۀ با ارزشی است ولی مشکل این است که خود آن نظریات هم بکر بوده و هنوز به آزمون نرسیده اند. اینکه تناظر ADS/CFT ، اصل هولوگرافی را همراهی می کند و یا اینکه مبنایی برای رابطۀ هاوکینگ – بکِنشتاین از نظریۀ ریسمان بیرون می آید و یا اینکه صحنه ای برای بروز اصل انسان مداری در چشم انداز این نظریه پدیدار می گردد هیچکدام دالّ بر درستی هیچکدام نیست. زیرا هم نتایج مستخرَج از نظریۀ ریسمان و هم شرکاء غیر ریسمانی آنها هیچکدام نظریات آزمون شده و تأیید شده ای نیستند. اینها مانند دو گروه هستند که از میان کوهی نقب زده اند تا به گنجی برسند ولی یکدیگر را یافته اند! از کجا می توان نتیجه گرفت که هر دو در مسیر درست حرکت می کرده اند. زیبایی نظریه کاملاً قابل درک است ولی آیا به راستی این زیبایی چیزی بیشتر از زیبایی ریاضی و سازگاری نظریه است؟

به یاد داشته باشیم که تمام نظریه های با ساختار غنی ریاضی خودسازگار هستند وگرنه غلط بوده و محل اعتناء نیستند. چه کسی به نظریه ای پارادوکسیکال توجه میکند؟. خودسازگاری یک نظریه از اصول موضوعۀ آن و ساختار ریاضی مبتنی بر آنها بوجود می آید ولی آیا این برای یک نظریۀ فیزیکی کافیست؟. در حقیقت، زیبایی در فیزیک هم از سازگاری نظریه با خود و هم با طبیعت بدست می آید. مانند فرزندیست که زیباییش را از پدر ومادرش به ارث می برد. تابلویی نقاشی که هم خطوط در آن مهم هستند و هم رنگها. این نکته ایست که باید برای ابرتقارن که یکی از ستونهای اصلی نظریۀ ابرریسمان است هم در نظر گرفته شود. این سؤال بسیار جدی مطرح است که چطور می توانیم نظریه ای را جدی بگیریم که حداقل تعداد ذرات بنیادی جهان را به 2 برابر آنچه می بینیم تعمیم می دهد ولی حتی یکی ازآنها هم دیده نشده است؟ آلن کُن، بنیانگذار هندسۀ ناجابجایی مصاحبه ای (ترجمه شده) دارد که خواندنیست. او اشاره میکند که زمانی عده ای فکر می کردند که در منظومۀ شمسی سیارۀ دیگری همزاد زمین وجود دارد که چون بطور کاملاً متقارن در سوی دیگر خورشید قرار دارد ما هرگز در طی حرکت زمین آنرا نمی بینیم. او می گوید که ابرتقارن نظریه ای قانع کننده تر از آن نظریه بنظر نمی رسد. بد نیست جهت روشنتر شدن این نکته و خطراتی که غالب شدن این دیدگاه ایده آلیستانۀ ریاضی- محور در فیزیک نظری بوجود می آورد به تاریخ علم فیزیک در قرن بیستم مراجعه کنیم. این مرور را در قسمتهای بعدی انجام می دهیم.

پس از ظهور نسبیت عام در 1916 و اندازه گیریهایی که در کسوف 1919 انجام شد و آنرا تأیید کرد همراه با غنای ریاضی مثال زدنی آن در آن زمان وشخصیت ارائه دهندۀ آن که نسبیت خاص را با تأییدات آن و همچنین توجیه پدیدۀ حرکت براؤنی بر اساس مکانیک آماری و نیز توجیه پدیدۀ فوتوالکتریک را بر اساس کوانتش تابش الکترومغناطیسی در کارنامۀ خود داشت جای تردیدی برای پذیرش این نظریه نگذاشته بود. واقعیت آن است که اینشتین در طی یکسال در 1905 با ارائۀ چند مقاله در حوزه های مختلف فیزیک بطور کل جهتگیری و آیندۀ این علم را تغییر داد و بزرگی او کاملاً واقعی و به دور از شک است.وقتی او در طی فرآیند هندسی کردن (Geometrization) پای هندسۀ ریمانی و مفاهیم بلند هندسۀ دیفرانسیل را به فیزیک کشید و از آن نظریه ای ساخت که تا کنون همه در زیبایی آن متفق القول بوده اند (من که تا بحال کسی را ندیده ام که خلاف این را بگوید) در فضای فکری آنموقع این موضوع جا افتاد که پس باید بدین سو رفت. حتی کسی مثل دیراک که خود از بزرگان مکانیک کوانتومی بود وقتی مصاحبه کننده ای از او پرسید که از بین نظریۀ کوانتومی و نسبیت عام کدام بیشتر او را مفتون میکند(نقل به مضمون) پاسخ میدهد که نسبیت عام، زیرا این نظریه از هیچ بیرون آمد.

و واقعاً اینچنین بود.برای رسیدن به مکانیک کوانتومی راه پیوسته ای طی شد و همچنین برای نسبیت خاص ولی نسبیت عام اینطور نبود. درست است که مبتنی و در واقع تعمیم منطقی نسبیت خاص بود ولی آنقدر بدیع بود که تعبیر دیراک را درست می نمایاند. در حقیقت در گرانش نیوتنی هنوز مشکلات اساسی ای پیش نیامده بود که به چنین جایی بیانجامد. درست است که مثلاً گرانش نیوتنی در مورد مقدار حرکت نقطۀ حضیض عطارد مقداری انحراف داشت ولی هنوز می شد برای آن توجیهاتی فراهم کرد و همچنین است برای مشکلات کوچک دیگر(در واقع هنوز هم می توان برخی از نتایج نسبیت عام را از گرانش نیوتنی با کمی دقت بدست آورد). خلاصه آنکه کسی منتظر چنین نظریۀ بدیعی نبود. اینها را گفتم تا آن موقعیت بهتر روشن شود. پس از تجربۀ موفقیت آمیز اینشتین در هندسی کردن گرانش عدۀ زیادی از فیزیکدانان نظری آن دوران مثل خود اینشتین، شرودینگر، هرمان وایل و ... مشغول هندسی کردن تنها میدان شناخته شدۀ دیگر آن موقع یعنی الکترومغنطیس شدند به این امید که از طریق هندسه این دو را پیوند دهند. پر واضح است که آن تلاشها همگی شکست خوردند.

اینشتین که خود تا اواخر عمر اینکار را ادامه داده بود اینرا شکست بزرگ زندگیش می دانست.نظریه هایی که آن موقع ارائه شد مانند نظریات بدیع فعلی هم بنوبۀ خود غنای ریاضی بالایی داشتند و هم زیبا بودند. برخی از دست اندرکارن آن نظریات از بزرگان فیزیک نظری بودند. هرمان وایل البته ریاضیدان بزرگی هم بود. بد نیست اشاره ای به آن کارها کنم. در نظریۀ هرمان وایل[1] به نام هندسۀ ناوردای پیمانه ای وایل (Weyl's gauge-invariant geometry)، او با غنی تر کردن و تعمیم هندسۀ ریمانی نشان داد که در طی فرآیند جابجایی موازی(parallel displacement) که در هندسۀ ریمانی منجر به معرفی نوعی مشتق تعمیم یافته بنام مشتق هموردا (با استفاده از اشیائی ریاضی بنام نمادهای کریستوفل[2]) می شود، در اینجا منجر به ظهور کمیت اضافی دیگری می شود که مشابه پتانسیل الکتریکی بود و لذا هم گرانش و هم الکترومغناطیس از هندسه جهان بیرون می آمد. در نظریۀ میدان نامتقارن (Non-symmetric ) اینشتین و شرودینگر[3] از این ایده که تانسور میدان الکترومغناطیس یک تانسور پادمتقارن(Anti-symmetric) است و از سوی دیگر تانسور متریک در نسبیت یک تانسور متقارن(symmetric) است ایده گرفته شد و تانسوری نامتقارن از جمع دو تانسور متقارن و پادمتقارن ساخته شد و نظریۀ نسبیت عام تعمیم داده شد تا الکترومغناطیس را هم در بر بگیرد. در مدل فضای 5 بعدی فینسلر[4]ابعاد فضا – زمان افزایش داده شد تا با تعمیمی هندسی ، مسیر حرکت ذرات باردار هم مثل حرکت ذرات تحت میدان گرانشی بصورت ژئودزیها(مسیرهای بهینه در فضا مثل دایرۀ عظیمۀ کره) بدست آید.

در مدل کالواتزا[5] – کلاین[6] این تعمیم بدین صورت بود که ابعاد جهان 5 تا بود ولی یکی از آنها پریودیک بود (مثل استوانه که در یک جهت بعدی طولی دارد و در یک جهت دایرویست. بعد طولی را به 4 تا برای فضا – زمان عادی تعمیم دهید تا این فضا قابل درک شود). به این لیست می توانید دینامیک هندسی (Geometrodynamics ) جان آرکیبالد ویلر[7] را هم بیافزایید و ... .منظور در اینجا وقایع نگاری آن دوران نیست بلکه شناخت و درس گرفتن از آنهاست. این نظریات همگی زیبا و خودسازگار بودند.در واقع تنها عیب آنها این بود که غلط بودند. به عنوان نمونه، از نظریۀ وایل این نتیجه در می آمد که اگر اتمی را از دو مسیر متفاوت جابجا کنید درنقطۀ انتهایی دو نوع طیف تابشی مختلف حاصل می شود لذا مثلاً در طی تحول جهان اتمهایی که مسیرهای متفاوتی را طی کرده اند باید تابش طبیعی متفاوتی داشته باشند و در نتیجه دیگر هیدروژن تابش مشخصه ای ندارد چون هیدروژنهای مختلفی داریم با تابشهای مختلف! و نتیجه آن شد که حتی خود وایل هم خیلی زود آنرا رها کرد. از آن تلاشها تنها یادگارهایی برای ما مانده اند. بطور مثال از نظریۀ وایل مفهوم ناوردایی پیمانه ای و از نظریۀ کالواتزا- کلاین مفهوم ابعاد فشرده و راهی برای توجیه ابعاد اضافی باقی ماند و البته از این میان بهترین نتیجه ای که ماند یک درس بزرگ و بسیار ساده بود:" اگر هندسی کردن در جایی خوب بود دلیلی ندارد همه جا خوب باشد".

ضمائم:

بوزونها :ذراتی هستند که اسپین آنها ضریب صحیحی از ثابت پلانک است( 0و1و2و ...) مثل فوتون که با اسپین 1  ذرۀ حامل میدان الکترومغناطیسی است و همچنین تمام ذراتی که کوانتومهای حامل میدانها هستند.

فرمیونها : ذراتی هستند که اسپین آنها ضریب نیم صحیحی از ثابت پلانک است (2/1و 2/3و ...) مثل الکترون و بقیۀ لپتونها و کوارکها که ذرات سازندۀ مادۀ جهان هستند. 

نظریۀ ریسمان (String Theory ) : در این نظریه موجود بنیادی سازندۀ جهان موجودی یک بعدی است نه ذرات نقطه ای (که از نظر ریاضی بعد صفر دارند) و آنرا ریسمان می نامند. تمام ذرات بنیادی مانند مدهای نوسانی ریسمان هستند. در فرمولبندی اولیه و منسوخ شدۀ نظریه، ابعاد جهان 26 بعد بود .به عبارتی نظریه در این تعداد ابعاد سازگاری داشت. این نظریه مشکلاتی داشت که بی اهمیت ترین آن 22 بعد اضافه برای جهان بود!.

نظریۀ ابرریسمان (Superstring Theory) : این نظریۀ اصلاح شده که دارای چند مدل مختلف از نظریه است و شامل ریسمانهای باز و بسته میشود همانطور که اشاره شد دارای ابرتقارن هم هست و مشکلات نظریۀ قبلی را مرتفع کرد.این نظریه در 10 بعد ساخته میشود که 4 بعد آن همان ابعاد فضا – زمان شناخته شده هستند و 6 بعد دیگر ابعادی هستند که در خمینه ای که ابعاد آن در حدود طول پلانک ( 10^-35  متر) است فشرده شده اند.ظهور ابرریسمانها را انقلاب اول ابرریسمان می دانند.

ثابتهای جفت شدگی: این کمیات ضرایبی هستند که قدرت اندرکنش بین دو گونۀ بار را معین میکنند.مثلاً اینکه در گرانش نیوتنی بین دو جرم در فاصلۀ معینی چه مقدار نیرو برقرار باشد را ثابت گرانشی نیوتن معین میکند. ضریب دیگری میزان نیرو بین دو ذرۀ باردار را در الکترومغناطیس مشخص می کند. این نوع ضرایب را با تعریف اصلاح شدۀ مناسبتری برای محاسبات (که مثلاً ثابت ساختار ریز در الکترومغناطیس یکی از آنهاست)، ولی با همین مفهوم ، ثابت جفت شدگی برای آن میدان می نامند. این ضرایب برای تمام میدانهای فیزیکی اصلی طبیعت وجود دارند و برخلاف نام آنها، در نظریۀ میدان کوانتومی نشان داده میشود که ثابت نبوده و با انرژی تغییر می کنند و در انرژیهای بالا همگرا میشوند.

 مدل تورمی: این مدل ،مدل اصلاح شدۀ انفجار بزرگ است که نشان میدهد که در کسر کوچکی از لحظات اولیۀ خلقت ، یک رشد نمایی بسیاری عظیم برای جهان رخ داده و سپس رشد عادی ادامه یافته است. با همین تصحیح ، حلهایی برای مشکلاتی از مدل انفجار بزرگ فراهم شد. از جنبه های اساسی نظریه ، انتقال فازی است که در طی پدیدۀ تورم رخ می دهد. توضیح آن در اینجا مقدور نیست ولی بر اثر این فرآیند جهانهایی حبابی (Bubble universes) در عالم شکل میگیرند (صرفاً جهت تقریب به ذهن ولی امری کلاً متفاوت و با این هشدار که دچار ساده سازی زیادی نشوید می توانید جوشیدن شیر را در یک ظرف در نظر بگیرید).این جهانها بطور علّی از هم مستقل هستند.  

جهانهای چندگانه (Multiverse): این واژه در تشابه با Universe برای نشان دادن این مفهوم جعل شده است. منظور از آن همان جهانهای حبابی مذکور در بالاست که نتیجه ای از مدل تورمی است. بر این اساس ما در یکی از این جهانها زندگی می کنیم.و ممکن است جهانهای دیگری و با روند تکاملی متفاوتی در طی روند خلقت شکل گرفته باشند.این نظریه نتایج فلسفی قابل تأملی دارد که در آینده سعی میکنم به آن بیشتر بپردازم.به عنوان نمونه به مقالهء    [ * ]بسیارخواندنی ای  که از همکاری یکی از افراد سرشناس این شاخه ، الکساندر ویلنکین، همراه با یکی از همکارانش و یکی از محققین مقطع دکترای فلسفۀ دانشگاه پرینستون (در زمینۀ فلسفۀ ذهن وعلوم شناختی) نوشته شده مراجعه نمایید.  

نظریۀ M: این نظریه ابراز می دارد که 5 مدل نظریۀ ابرریسمان 10 بعدی و نظریۀ ابرگرانش 11 بعدی که توسط تقارنهای خاصی (تقارنهای دوگانی dual symmetries) بهم مربوط هستند در واقع جنبه های مختلف نظریه ای واحد هستند. حرف M به magic ، mystery ،membrane  ... تعبیر میشود [*] . ظهور این نظریه را انقلاب دوم ابرریسمان نامیدند.

نظریۀ ابرگرانش ( supergravity): این نظریه که در دهۀ 1970 ارائه گردید ترکیبی است از نسبیت عام و ابرتقارن.در این نظریه (مانند دیگر نظریه های گرانش کوانتومی) یک ذرۀ  کوانتومی با اسپین 2 بنام گرویتون ذرۀ واسط اندرکنش گرانشی است.بر اساس ابرتقارن این بوزون یک همزاد فرمیونی ابرمتقارن با اسپین 2/3 دارد که آنرا گراویتینو مینامند. تعداد میدانهای گرویتینو را ابرتقارنهای نظریه معین می کند.این نظریه در 11 بعد خودسازگار بوده و فرمولبندی میشود.

D-Brane: اینها موجودات ریاضی از ابعادی متفاوت هستند و قشاهایی از ابعاد مختلف را نشان میدهند (از صفر بعد، یعنی یک نقطه تا اشیائی 9 بعدی) که علاوه بر ریسمانها از موجودات اساسی در نظریه هستند.خاستگاه آنها بررسی دینامیک ریسمانها و تقید حرکت ریسمانهای باز با دو انتهای متصل شده به قشایی بودند که شرط مرزی خاصی (شرط دیرکله) را دارا هستند. انها میتوانند ریسمانها را انتشار داده و یا جذب کنند

آنتروپی : این کمیت یک کمیت ترمودینامیکی است و بطور مفهومی معیاری از بی نظمی در سیستم است.مثلاً در سیستمی که تعدادی بردار همگی همخط و در یک راستا هستند آنتروپی کمتر از حالتیست که آنها بطور اتفاقی در هر جهتی قرار گرفته باشند. در مکانیک آماری این کمیت از تعداد حالات قابل دسترس یک سیستم قابل محاسبه است. از اینجا می توان پی برد که این مفهوم ارتباطی وثیق با مفهوم اطلاعات در یک سیستم فیزیکی دارد و علی الاصول با درجات آزادی و نهایتاً باید ارتباطی با حجم سیستم داشته باشد.(نکات مهم بسیاری در مورد این کمیت می توان گفت ولی به این نکته بخاطر پاراگراف بعدی اشاره شد.)

آنتروپی سیاهچاله: با بررسی ترمودینامیک سیاهچاله رابطه ای برای آنتروپی آن بدست آمد که به رابطۀ هاوکینگ – بکِنشتاین معروف است.در این رابطه آنتروپی سیاهچاله با مساحت افق رویداد آن متناسب است:

که در آن A مساحت افق رویداد و k ثابت بولتزمن و  l_p  طول پلانک است.نکتۀ مفهومی جالب این است که آنتروپی بجای آنکه با حجم سیاهچاله متناسب باشد  با سطح مرزی افق رویداد متناسب است.همانطور که در متن اشاره شد کامران وفا و  اندرو  استرومینگر در 1995 توانستند با شمارش تعداد حالات کوانتومی یک سیاهچالۀ ابرمتقارن در نظریۀ ابرریسمان با استفاده از D-Brane ها این فرمول را دوباره بدست آورند.

اصل هولوگرافی: این اصل که توسط خرارد تُفت (Gerard 't Hooft) و لئونارد ساسکیند (Leonard Susskind) برای یک نظریۀ گرانش کوانتومی ارائه گردید ابراز میدارد که تمام اطلاعات موجود در محدوده ای از فضا (یک حجم) را می توان بوسیلۀ نظریه ای که بر روی مرز آن فضا (یک سطح ) تعریف می شود بدست آورد.بعلت شباهت این موضوع با هولوگرافی در فیزیک لیزر، آنرا به این نام می خوانند.به زبانی ساده تر می توان حوادث داخل یک اتاق را با نظریه ای که بر روی دیوارهای اتاق تعریف میشود  مدل سازی کرد.این اصل بیان میدارد که به ازاء هر واحد مساحت، برابر 4 برابر مساحت پلانک (همان مخرج کسر در رابطۀ هاوکینگ – بکِنشتاین)  یک درجۀ آزادی (معادل یک واحد از ثابت بولتزمن از آنتروپی ماکزیمم) وجود دارد. به عبارت دیگر این اصل از نظر کمّی و مفهومی مبتنی بر رابطۀ هاوکینگ – بکِنشتاین است [*]. بد نیست اینجا یادی هم از افلاطون و غار معروفش کنیم.آن مثال برای روشن شدن رابطۀ بین عالم مُثُل و این جهان بود و حالا ما یک غار مدرنیزه شده داریم.کافیست به جای آتش و  سایه هایی ساده، تصاویر روی دیوار غار بر اساس یک نظریۀ مناسب با دستگاهی پیشرفته تر از آتش مدلسازی شده باشند. کسی چه می داند شاید دیگر لازم نباشد برای کشف حقیقت از جایمان بلند شویم!

تناظر بین فضای آنتی دوسیته و نظریه میدان همدیس (correspondence ADS/CFT ): این تناظر با شناخت اصل هولوگرافی روشن میشود.بر اساس این تطابق  بین یک نظریۀ ریسمان ویا کلاً یک نظریۀ گرانش کوانتومی در یک فضا (که در اصل یک فضای آنتی دوسیته(anti de Sitter= ADS  ) ، یکی از فضاهای برآمده از نسبیت عام، همراه با فضای بستۀ دیگری که به آن الصاق شده مثلاً یک کرۀ n بعدی است)از یک طرف و یک نظریۀ میدان همدیس(Conformal Field Theory = CFT ) (و یا یک نظریۀ میدان کوانتومی بدون گرانش) که بر روی مرز همدیس آن فضا  تعریف میشود ،از طرف دیگر، یک رابطۀ هم ارزی وجود دارد. طبیعتاً این مرز از خود فضا یک بعد کمتر دارد.مثالهایی از آنرا میتوان در اینجا ذکر کرد که به علت تخصصی بودن آن مناسب اینجا نیست. این تطابق بهترین نمود اصل هولوگرافی در نظریات فیزیکی است که همانطور که ذکر شد در نظریۀ ریسمان نمونه های آن وجود دارد.

اصل انسان مداری (انسان محوری – انسانشناختی): از این اصل بیانها و تعابیر متفاوتی ارائه شده است ولی می توان بطور ساده گفت که گوهر آن این است که ثابتها و کمیات بنیادی فیزیک طوری دقیقاً تنظیم شده اند که امکان حیات بوجود بیاید ( و ما الان باشیم تا آنها را بشناسیم و در موردشان صحبت کنیم).به عبارت دیگر مقادیر دقیق آنها از دل خود نظریات بنیادی فیزیک در نمی آید و باید این تنظیم دقیق (fine tuning ) آنها را مثل یک اصل موضوع بطور دستی وارد کرد. بد نیست بدانیم که ثابتهای جفت شدگی میدانها و ثابتهای دیگری مثل ثابت کیهانشناسی و ... اگر فقط اندکی با مقادیری که از آنها می شناسیم متفاوت بودند امکان شکل گرفتن عالم بطوریکه الان می شناسیم مقدور نبود.یا جهان خیلی سریع به پایان میرسید و در هم فرومیریخت و یا آنچنان سریع گسترش میافت که امکان شکلگیری ساختار بزرگ مقیاس جهان بصورت کهکشانها و ستارگان و منظومه ها و در نهایت حیات و ساختارهای هوشمند منتفی میشد. [*]

چشم انداز نظریۀ ریسمان (String Theory Landscape): این موضوع به وجود خلاء های بسیار متنوع در نظریۀ ریسمان اشاره میکند که میتوانند زمینه ساز بروز نظریات فیزیکی اساسی ما یعنی مدل استاندارد ذرات بنیادی و نسبیت عام (که در واقع در حال حاضر نظریۀ استاندارد گرانش است) باشند(توجه کنید که معنای خلاء در اینجا با آن تعریف صنعتی و کاربردی متفاوت است) .تعداد این خلاءها را از مرتبۀ 10⁵⁰⁰ برآورد کرده اند. به عبارت دیگر در یکی از این خلاءها میتوانند این نظریات به بار بنشینند. باید توجه کرد که هر کدام از این نظریات یک حالت زمینه(ground state )را معرفی میکنند که آنرا به عنوان خلاء میشناسیم که نشان دهندۀ حالت سیستم مورد نظر در کمترین مقدار انرژی است و حالات با انرژی بالاتر بر روی آن ساخته میشوند و تعریف کمیات اساسی فیزیکی مثل جرم  ارتباط مستقیم با خلاء مربوطه در آن نظریه دارد. بنظر میرسد که در اینجا اصل انسان مداری پا به میدان می گذارد، زیرا بنظر میرسد از میان تمام این خلاءهای بالقوه باید در نهایت بر یک اساسی یکی ازآنها انتخاب شده باشد

نقل از نططه صفر

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40