تاکنون به این فکر کرده‌اید که چه چیزی در این عالم کوچکترین ذرات ماده را تشکیل می‌دهد؟ نظریه ریسمان در واقع پرسشی به این پاسخ است و به ما فرضیه‌ای را پیشنهاد می‌کند که طی آن ذراتی کوچک‌تر از الکترون چگونه شکل می‌گیرند. با ما همراه باشید تا نظریه ریسمان را به زبان ساده برای شما شرح دهیم.
نظریه ریسمان چیست؟
تصور کنید یک درخت پر از پرتقال داریم و از خود می‌پرسیم هر کدام از این پرتقال‌ها از چه چیزی ساخته شده‌اند؟ در اینجا باید نگاهی عمیق به درون این پرتقال‌ها بیندازیم. برای این منظور به اندازه‌ای در عمق ذرات یک پرتقال فرو می‌رویم که به مولکول‌های آن برسیم؛ اما آیا این پایان کار است؟ خیر. اگر مولکول‌ها را را نیز شکافته و عمیق‌تر شویم، به اتم‌ها می‌رسیم؛ اما اتم‌ها نیز پایان ماجرا نیستند، زیرا هنوز الکترون‌ها را داریم.
کماکان به ریزتر شدن در اعماق ذرات پرتقال ادامه می‌دهیم تا به هسته اتم در اعماق آن رسیده و در آنجا می‌بینیم که هسته، خود، از ذرات نوترون و پروتون ساخته شده است. حال اگر یکی از نوترون‌ها را گرفته و آن را بزرگنمایی کنیم، ذرات بیشتری را در داخل کوارک‌های کوچک می‌یابیم.
کوارک به ذره‌‌های بنیادی و اجزای پایه‌ای تشکیل‌دهنده مواد گفته می‌شود که با یکدیگر ترکیب شده و ذرات مرکبی موسوم هادرون را ایجاد می‌کنند. پایدارترین هادرون‌ها پروتون و نوترون هستند که اجزای تشکیل‌دهنده هسته اتم به شمار می‌روند.
در همین رابطه بخوانید: آیا توضیح گرانش بدون نظریه ریسمان ممکن می‌شود؟
اینجا دیگر متوقف می‌شویم و امکان عمیق‌تر شدن نیست؛ جایی که نظریه ریسمان مطرح می‌شود و بیان می‌کند درون این ذرات نیز چیز دیگری وجود دارد. مطابق نظرات رایج دانشمندان هیچ چیزی درون کوارک وجود ندارد، اما بنابر نظریه رسیمان اگر یک کوارک را بزرگنمایی کنیم، در آن به رشته‌های کوچک انرژی می‌رسیم که مانند سیم‌های ویالون دچار ارتعاش شده و ذرات را تولید می‌کنند.
پس کوارک چیزی نیست جز رشته‌ای که در یک الگو ارتعاش می‌کند و الکترون نیز چیزی نیست جز یک ریسمان در حال ارتعاش که در الگویی متفاوت می‌رقصد! به همین ترتیب نوترون هم ریسمانی در حال ارتعاش در الگوی خاص خود است. حال اگر همه این ذرات را دوباره کنار یکدیگر جمع کنیم به همان پرتقال می‌رسیم و اگر نظریه ریسمان درست باشد، در اعماق پرتقال یا هر بخش دیگری از ماده چیزی جز سمفونی رشته‌های کیهانی مرتعش وجود ندارد!
در ادامه مقاله به بررسی این موضوع می‌پردازیم که نظریه ریسمان از کیست و چه تاریخچه‌ای دارد؟
در همین رابطه بخوانید: فضا زمان از چه چیزی ساخته شده است؟
نظریه ریسمان از کیست؟+تاریخچه
در قرن بیستم دو چارچوب نظری برای تدوین قوانین فیزیک پدیدار شد؛ اولین مورد نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین است که نیروی گرانش و ساختار فضا زمان را در سطح کلان توضیح می‌دهد. دیگری مکانیک کوانتومی است؛ یک فرمول کاملا متفاوت که از «اصول احتمال» برای توصیف پدیده‌های فیزیکی در سطح خرد استفاده می‌کند. در اواخر دهه ۱۹۷۰ ثابت شد که این دو چارچوب برای توضیح بیشتر ویژگی‌های مشاهده‌شده جهان، از ذرات بنیادی و اتم‌ها گرفته تا تکامل ستارگان و کیهان، کافی هستند.
اما اولین بار چه کسی نظریه ریسمان را مطرح کرد؟ گابریل ونزیانو (Gabriele Veneziano)، فیزیکدان ایتالیایی، را در جهان به عنوان پدر نظریه ریسمان می‌شناسند. وی بیشتر فعالیت‌های علمی خود را در آزمایشگاه سرن (CERN) سوئیس که بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده هادرونی جهان را دارد، انجام داده و از سال ۲۰۰۴ تا ۲۰۱۳ نیز در کالج فرانسه (Collège de France) مشغول فعالیت بوده است.
ونزیانو برای اولین بار در سال ۱۹۶۸ نظریه ریسمان را پایه‌ریزی کرد؛ هنگامی که تصویری از ریسمان را کشف نمود که می‌توانست برهمکنش و تعامل قوی ذرات را توصیف کند. بر اساس پژوهش‌های این فیزیکدان، تابع بتا اویلر (Euler Beta) که از آن به عنوان یک دامنه پراکندگی تعبیر می‌شود، بسیاری از ویژگی‌های مورد نیاز برای توضیح خواص فیزیکی ذرات با برهمکنش قوی را داراست.
این دامنه که به نام دامنه ونزیانو شناخته می‌شود، به عنوان دامنه پراکندگی (Scattering Amplitude) برای چهار تاکیون رشته باز تفسیر می‌شود. تاکیون در واقع به هر ذره فرضی گفته می‌شود که دارای سرعتی بیشتر از سرعت نور باشد. این موضوع اکنون به عنوان پایه‌گذاری نظریه ریسمان در نظر گرفته می‌شود، اگرچه در آن زمان مشخص نبود که این امر به نظریه جدیدی از گرانش کوانتومی منجر شود.
ونزیانو در سال ۱۹۹۱ مقاله‌ای منتشر کرد که نشان می‌دهد چگونه می‌توان از نظریه ریسمان یک مدل انبساط کیهانی به دست آورد؛ این موضوع دری را برای توصیف سناریوهای کیهانی ریسمانی پیش از بیگ بنگ به روی دانشمندان گشود. آیا می‌دانید بیگ بنگ چیست و چگونه باعث آغاز جهان شد؟ مقاله ما را درباره پیدایش جهان از دست ندهید. در ادامه به انواع نظریه ریسمان می‌پردازیم.
در همین رابطه بخوانید: کرمچاله چیست و سفر در زمان از طریق آن چگونه است؟
انواع نظریه ریسمان
نظریه ریسمان شامل پنج قسم می‌شود که همگی در چند مورد اشتراک دارند؛ یکی اینکه همه آن‌ها شامل ریسمان می‌شوند. دیگر اینکه در تمام این پنج نوع، جهان دارای ده بعد کلی است؛ سه بعد فضایی معمول، یک بعد زمان و شش بعد فشرده‌تر که بسیار کوچک بوده و در مقیاس‌های زیرمیکروسکوپی، درهم‌تنیده و روی هم جمع شده‌اند. نام این پنج نظریه عبارت است از نوع 1 و IIA و IIB و SO(32) Heterotic و E8xE8 Heterotic.
شاید پیش‌تر درباره نظریه ریسمان در یازده بعد شنیده باشید؛ گفتنی است به طور کلی نظریه ریسمان بر این مبناست که کل جهان را می‌توان بر حسب رشته‌هایی بسیار کوچک در حال ارتعاش در ده بعد یا یازده بعد توضیح داد. بدیهی است که همه این انواع نمی‌توانند توصیف‌های درستی از طبیعت باشند، اما از آنجایی که نظریه ریسمان کامل نیست و برای آن معادلات نهایی در دست نداریم، امکان انتخاب نوع درست از میان آن‌ها وجود ندارد.
همچنین اگر بخواهیم درباره نظریه ریسمان و جهان‌های موازی به صورت مختصر توضیحی ارائه دهیم، باید گفت که در این نظریه، چند جهانی فرضیه‌ای محسوب می‌شود که در آن جهان ما تنها نیست و بسیاری از جهان‌ها به صورت موازی با یکدیگر وجود دارند. پیشنهاد می‌کنیم مقاله ما را درباره دنیای موازی حتما بخوانید.
نظر شما چیست؟ آیا با تئوری ریسمان موافقید و آن را فرضیه‌ای محتمل برای توصیف کوچکترین ذرات ماده و چگونگی ایجاد آن‌ها می‌دانید؟ دیدگاه‌های خود را در قسمت نظرات با ما در میان بگذارید و سوالات خود را بپرسید؛ کارشناسان اسپاش به شما پاسخ می‌دهند.