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 ی 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 باشد. اما برای توضیح ذرات در مکانیک کوانتوم به یک بینش جدید نیاز است.

پایه بینش جدید

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 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 نامیده می شوند.

ذراتی که دارای اسپین نادرست (یک دوم و سه دوم.. ) هستند، فرمیون نامیده می شوند.

در مکانیک کوانتوم نیروها توسط بوزون ها حمل می شوند

فوتون با اسپین یک نیروی الکترومغناطیسی را حمل می کند

Vectorboson (W,Z)  با اسپین یک نیروی هسته ای ضعیف را حمل می کند

Gluon (A)  با اسپین یک حامل نیروی هسته ای قوی است.

همچنین گراویتون با اسپین دو حامل نبروی گرانش است که تا به حال مشاهده نشده است.

SR1

علاوه براین 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.

  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 نیروی 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 و اثر هندسی ماده بر فضای اطراف است. بنابر نسبیت عام ماده به فضای اطراف خود انحناء می دهد.

Unified Field Theory

 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   مي نامند. در واقع Unified Field Theory  باید با مدل استاندارد تطبیق کند و بتواند نسبیت عام را نیز شامل شود.

String Theory

در نظريه ي ريسمان به جاي اينكه هر ذره را مستقل در نظر بگيريم به صورت رشته اي پيوسته با شكلهاي مختلف درنظر ميگيريم , مثلا الكترون را مي توان مانند يك النگو رشته اي بدانيم كه دو سرش بهم گره خورده و حلقه دايره اي تشكيل داده است. علت بوجود آمدن اين نظريه اين بود كه گرانش با كوانتوم مشكل دارد. همچنانکه گفته شد در دنياي ما چهار نيروي اصلي بنامهاي الكترومغناطيسي، هسته اي قوي، هسته اي ضعيف و گرانشي وجود دارد. سه نيروي اول به ترتيب مي توانند با هم در انرژيهاي بالا متحد شوند و يك نظريه واحد داشته باشند. يعني انشعاباتي از يك نظريه ي اصلي باشند. اصطلاحاٌ مي گويند اين سه نظريه در انرژيهاي بالا تقارن دارند و در انرژيهاي معمولي دچار شكست خودبخودي تقارن مي شوند. اما چهارمين نيروي اصلي يعني گرانش دو مشكل اساسي دارد. يكي وحدت نيافتن با سه نيروي ديگر و ديگر اينكه اگر ذرات را نقطه اي در نظر بگيريم، سطح مقطع برهم كنش نيروي گرانشي بين دو ذره ي نقطه اي كه بهم نزديك مي شوند طبق نظريه ي كوانتومي بي نهايت بدست مي آيد. از اينرو ذرات بصورت ريسمانهاي يك بعدي در نظر گرفته شدند. مثلا الكترون يا كواركها همگي ريسمانهاي بسته و حلقوي با شكلهاي مختلفند. در اين تصورجديد، ديگر برهم كنش ذرات در زمان و مكان خاص رخ نمي دهد بلكه شما دو حلقه داريد كه در فضا بهم نزديك مي شوند و با عكسبرداي تخيلي يك پوسته بهشكل شلنگ نمايش داده مي شود. مثل اينكه دو شلنگ بهم برخورد كرده باشند و دو شلنگ جديد بوجود آورده باشند. در اين نظريه هم وحدت ميسر است و هم بينهايتهاي گرانش كوانتومي برطرف مي 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.

ابعاد اضافی

نظريه ي ريسمان ادعا مي كند كه دنياي ما ده بعديست. يعني نه بعد مكاني و يك بعد زماني دارد. اين برخلاف تجربيات ماست. يعني ما فكر مي كنيم كه در دنيايي با سه بعد مكاني و يك بعد زماني زندگي مي كنيم. به همين دليل توجيه مي كند كه شش بعد اضافي در واقع در دنياي ما وجود دارند ولي فشرده شده اند. فشرده شدن يعني اينكه مثلا شما يك شلنگ را از فاصله ي دور بصورت يك بعدي مي بينيد اما از نزديك بصورت يك استوانه ي دو بعدي.

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 ی 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.

M-Theory

نظریه های مختلفی تحت عنوان نظریه ریسمانها ارائه می شود که توضیحات متفاوتی از یک پدیده فیزیکی می دهند. در حقیقت پنج نوع نظریه ریسمانها وجود دارد:

Type I, Type IIA, Type IIB, Heterolic E8, Heterolic SO32

دو نوع E8, SO32   مخلوط نوع دو و نظریه ریسمان بوزونیک هستند.

اشکالات نظریه ریسمانها

جوابهايي كه براي ريسمانهاي موجود در ابعاد R بدست مي آيد در ابعاد R-1 هم بدست مي آيد. يعني اصطلاحا ابعاد بزرگ و كوچك خواص مثل هم دارند كه بطور بديهي غلط است.

همچنین هیچ دلیلی ارائه نمی شود که چرا اگر همه چیز از ریسمانها تشکیل شده اند، پس چرا ذرات (به عنوان مثال الکترون و فوتون ) دارای سرعت مختلف هستند؟

در حالیکه در نظریه سی. پی. اچ. این اشکالات وجود ندارد.

توضیح نظریه سی. پی. اچ.

  از نظر نیوتن  نیروی گرانش صرفاً یک تابع از جرم و فاصله دو جسم بود. از نظر اینشتین گرانش اثر هندسی فضا- زمان بود. اینشتین این نگرش را با یک سری معلادلات پیچیده و پیشرفته توسعه داد و خواص هندسی فضا را تحلیل کرد. به همین دلیل هیچ کس به ماهیت گرانش توجه نکرد و همه تلاش ها معطوف به تشریح خواص هندسی فضا شد.

علاوه بر آن هم ارز سازی نیروهای گرانش و الکترومغناطیس دغدغه خاطر بسیاری از فیزیکدانان بزرگ بود. اینشتین 35 سال از عمر خود را در این زمینه سپری کرد. اما تمام این تلاشها بی نتیجه بود. سرانجام دیراک در سال 1968 اظهار داشت " امکان هم ارز سازی این دو نیرو وجود ندارد.".

آیا دیراک درست گفته است؟

آیا یک نیروی واحد در طبیعت وجود ندارد؟

می دانیم بسیاری از فیزیکدانان تلاش بسیاری کردند تا منشاء  نیروهای اساسی طبیعت را بشناسند.

همچنین فیزیکدانان نظریه های جالبی در این زمینه مطرح کرده اند که مهمترین آنها نظریه ریسمانها String Theory  است.

من نظری متفاوت دارم، به نظر من هر تلاشی برای هم ارز سازی نیروها بدون توجه به هم ارزی نیرو و انرژی بی نتیجه خواهد بود. در حقیت یک ذره بنیادی در طبیعت وجود دارد که سایر ذراتی را که به عنوان ذرات بنیادی شناخته می شوند، پدید می آورد. به عبارت دیگر نیرو، انرژی و جرم همگی از یک ذره ی بنیادی واحد تشکیل شده اند که آن را:

   CPH, (Creation Particle Higgs) 

می نامم.

در نظریه. سی. اچ. نیرو و انرژی قابل تبدیل به یکدیگر هستند. همچنین با توجه به نسبیت که در آن جرم و انرژی هم ارزند، بنابر این، نیرو، انرژی و جرم هم ارز می باشند. و می توان نتیجه گرفت که نیرو، انرژی و جرم سه جلوه (ظاهر) متفاوت از یک ذره واحد و بنیادی هستد و ما باید تصورات خود را در مورد نیرو، انرژی و جرم تغییر دهیم.