نظریه ریسمان
واقعیت دنیای ما چیه؟
به صورت کلی، دو تا مسیر مختلف رفتیم برای پیدا کردن جواب این سوال.
اولیش این بود که سرمون رو بالا گرفتیم و در مورد اجزای بزرگ سازنده‌ی دنیامون
تحقیق و تفکر کردیم، مثل ستاره‌ها و سیارات و کهکشان‌ها.
دومیش این بود که سرمون رو پایین آوردیم و ریز شدیم
توی کوچیکترین اجزای سازنده‌ی جهان، یعنی اتم‌ها.
الان می‌دونیم که همه‌چیز توی دنیای ما از اتم ساخته شده،
اتم‌ها هم خودشون از ذرات زیراتمی مثل الکترون و پروتون و نوترون ساخته شدن،
باز پروتون و نوترون، خودشون از ذرات دیگه‌ای به نام کوارک تشکیل شدن.
خب تهش چی؟ ماهیت واقعی کوارک چیه؟
وقتی که خیلی زوم کنیم روی اجزای سازنده‌ی این دنیا، ته تهش به چی می‌رسیم.
یکی از نظریات جالبی که برای این قضیه وجود داره، نظریه‌ی ریسمانه که حرف کلیش اینه که
همه چیز توی دنیای ما از ریسمان‌های خیلی خیلی کوچیکی از جنس انرژی به وجود اومده.
تو این ویدیو اول یه نگاهی میندازیم به اینکه اصلا چی شد که یه همچین
نظریه‌ی عجیبی به وجود اومد، بعدش بررسی می‌کنیم که این نظریه حرفش چیه،
دنیای ما رو چطور توصیف می‌کنه، بعدشم میریم سراغ ایرادات این نظریه.
تا آخر این ویدیو با من باشید.
زمانی که اتم رو کشف کردیم فکر می‌کردیم این دیگه بنیادی‌ترین جز جهانه.
اما همونطور که توی ویدیو داستان اتم توضیح دادم،
کم‌کم فهمیدیم که خود اتم هم از ذرات کوچیکتری تشکیل شده.
باز همینطور که زمان گذشت، متوجه شدیم همین ذرات هم بعضیاشون
از ذرات کوچیکتری تشکیل شدن، مثلا پروتون‌ها و نوترون‌ها که هسته‌ی اتم رو می‌سازن،
خودشون از ذرات کوچیکتری به نام کوارک تشکیل شدن.
این ذراتی که دیگه قابل‌تقسیم به ذرات کوچیکتر نبودن،
معروفن به ذرات بنیادی (Fundamental Particles).
برای اینکه ما بتونیم یه جسمی رو ببینیم، باید نور محیط به اون جسم برخورد کنه،
بعدش از اونجا بازتاب بشه و وارد چشم ما بشه.
ذرات بنیادی به حدی ریزن که چنین اتفاقی نمی‌تونه براشون بیفته،
مثل اینه که اینقدر ریزن که نور نمی‌تونه بهشون برخورد کنه و بازتاب بشه.
یعنی عملا برای ما غیرقابل دیدن هستن.
برای اینکه بتونیم با این ذرات فوق‌العاده ریز بهتر کنار بیاییم و بتونیم
تعاملاتشون رو با ذرات دیگه بررسی کنیم، اومدیم یه روش جالبی ابداع کردیم.
به صورت یه نقطه توی فضا در نظر گرفتیمشون،
یعنی دیگه کاری با این نداریم که چه قطری دارن یا چه شکلی‌ان.
مثلا الکترون رو به صورت یه نقطه‌ی تک درنظر گرفتیم که یه جرم مشخصی داره،
یه مقدار مشخصی بار الکتریکی داره، با ویژگی‌های دیگه‌ش.
همین مدلسازی، که معروفه به ذرات نقطه‌ای (Point Particles)،
کمک زیادی بهمون کرد، باعث شد ارتباطات بین این ذرات بنیادی و
ویژگی‌هاشونو خیلی بهتر بشناسیم و اندازه‌گیری کنیم.
در نهایت یه نظریه‌ی عالی به دست آوردیم به نام مدل استاندارد (Standard Model)،
که انواع ذرات بنیادی رو با خواصشون توصیف می‌کنه، نیروهای بنیادی طبیعت هم
توضیح میده مثل نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف و نیروی الکترومغناطیس.
تو این مدل، غیر از ذراتی که ماده رو می‌سازن، یه سری ذرات هم وجود دارن که
برای تبادل انرژی استفاده میشن، که بهشون میگن ذرات حامل نیرو.
یعنی مثلا نیروی هسته‌ای قوی توسط ذراتی به نام گلوئون (Gluon) حمل میشه،
یا نیروی هسته‌ای ضعیف توسط ذراتی به نام بوزون (Boson) حمل میشه.
در مورد این سه‌تا نیروی بنیادی یعنی هسته‌ای قوی و هسته‌ای ضعیف و الکترومغناطیس
مشکلی نبود، اما نیروی چهارم یعنی گرانش، یه مقداری سر ناسازگاری داشت.
همونطور که توی ویدیوهای قبلی گفتم، نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین
گرانش رو به صورت خمیدگی‌های فضازمان توصیف می‌کنه.
یعنی تو این نظریه، اگه جهان رو به صورت یه صحنه‌ی نمایش فرض کنیم،
ذرات بنیادی بازیگرهای این نمایشن، اما گرانش، خود صحنه‌ی نمایشه.
دانشمندا سعی کردن با معرفی یه ذره‌ی بنیادی جدید به نام گراویتون (Graviton)
که ذره‌ی حامل نیروی گرانش هست، این مشکل رو حل کنن.
گراویتون هنوز آشکارسازی نشده، یعنی وجودش هنوز اثبات نشده.
اما اگه وجود داشته باشه، میتونه یه پلی باشه بین کوانتوم و نسبیت،
یعنی دو تا ستون فیزیک که اولی به بخش‌های خیلی ریز از جهان ما می‌پردازه،
مثل اتم و ذرات داخلش، دومی، یعنی نسبیت،
به قسمت‌های بزرگ جهان ما می‌پردازه مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها.
یه نظریه به نام نظریه‌ی همه‌چیز (Theory of Everything)
وجود داره که هدفش اینه که کوانتوم و نسبیت عام رو با هم ترکیب کنه و
به یه نظریه‌ی واحدی برسه که برای همه‌چیز جوابگو باشه.
یکی دیگه از اصلی‌ترین اهدافش هم اینه که هر چهارتا
نیروی بنیادی طبیعت رو بتونه ادغام بکنه توی یه نیروی واحد.
با وجود تلاش‌های زیادی که انجام شده هنوز این اتفاق نیفتاده یعنی هنوز
یکی از اصلی‌ترین چالش‌های دنیای فیزیک، از بین بردن ناسازگاری بین نسبیت و کوانتومه.
نظریه‌ی مدل استاندارد که درباره‌ش صحبت کردیم،
تا حدودی تونسته تو این زمینه موفق باشه، اما نه کامل،
برای همین معروفه به نظریه‌ی تقریبا همه‌چیز (Theory of Almost Everything) .
خب پس با اینکه ذرات بنیادی واقعا نقطه نیستن، اما وقتی که به صورت نقطه
مدلسازیشون کردیم خیلی از مشکلات حل شد و پیشرفت‌های خوبی داشتیم.
اما هنوزم مسایل حل نشده‌ی زیادی باقی موند،
مثل همین بحث توضیح نیروی گرانش تو فیزیک کوانتوم.
اینجا باز دانشمندا یه خلاقیت دیگه نشون دادن.
به جای نقطه اومدن از یه چیزی استفاده کردن که
یه درجه پیچیده‌تره، یعنی خط، یا همون ریسمان.
نظریه‌ی ریسمان (String Theory) متولد شد،
یکی از پیچیده‌ترین نظریاتی که تا حالا به ذهن ما رسیده.
حرف اصلی این نظریه اینه که ریسمان‌های خیلی خیلی ریزی از
جنس انرژی وجود دارن که به شکل‌های مختلفی می‌تونن ارتعاش داشته باشن.
این ریسمان‌ها یک‌بُعدی‌ان یعنی فقط طول دارن، هیچ ضخامتی ندارن.
هر شکلی از ارتعاش اینا، باعث ایجاد یه نوع از ذرات بنیادی میشه.
مثلا یه سیم گیتار رو در نظر بگیرید.
وقتی که این سیم با فرکانس‌های مختلفی مرتعش میشه صداهای متفاوتی تولید می‌کنه.
نظریه‌ی ریسمان میگه که وقتی خیلی زوم کنیم روی اجزای سازنده‌ی جهان،
در نهایت به تارهای لرزانی از جنس انرژی می‌رسیم
که شکل ارتعاششون باعث میشه ذرات بنیادی خاصی رو به وجود بیارن.
مثلا الکترون به صورت یه ریسمانی در نظر گرفته میشه که به شکل خاصی ارتعاش می‌کنه،
یا کوارک یه ریسمان دیگه‌س که ارتعاشش با ارتعاش ریسمان الکترون فرق می‌کنه.
برای جاذبه هم توضیحاتی ارائه می‌کرد، برای همین نظریه‌ی ریسمان به عنوان یه
کاندید قوی برای گرانش کوانتومی اعلام شد، یعنی توضیح نیروی گرانش تو فیزیک کوانتوم.
از چالش‌هایی که سر راهش بود، یکیش این بود که از نظر محاسبات ریاضی، برای اینکه
این نظریه بتونه درست کار کنه، نیاز به ابعادی بیشتر از این سه تا بُعد فضایی ما داشت.
به طور دقیق‌تر، به ده تا بُعد نیاز داشت.
اما این ابعاد اضافی کجا بودن، ما که غیر از این فضای سه‌بعدی، بُعد بیشتری ندیدیم تا حالا.
جوابی که براش ارائه شده اینه که این ابعاد اضافی، خیلی خیلی کوچیک و فشرده‌ان.
منظور از فشرده بودن یه بُعد، اینه که وقتی که داخل اون بُعد
به اندازه‌ی کافی جلو برید برمی‌گردید به همون جای اول.
کوچیک بودن هم یعنی برای اینکه به جای اول برگردید مسافت زیادی لازم نیست طی بشه.
مثالی که خیلی از منابع برای درک بهتر این موضوع می‌زنن،
اینه که یه مورچه رو تصور کنیم که داره روی یه طناب راه میره که از دو طرف نامحدوده.
مورچه همینطور که در طول طناب حرکت می‌کنه و جلو میره،
میتونه حرکت عرضی هم داشته باشه، یعنی دور طناب هم میتونه بچرخه.
وقتی که یه دور کامل دور طناب می‌چرخه، باز برمی‌گرده به همون موقعیت اولش،
پس این بُعد عرضی طناب یه بُعد فشرده و کوچیکه مثل همون
بُعدهای اضافی که نظریه‌ی ریسمان توصیف می‌کنه.
اما این اتفاق در مورد بُعد طولی طناب نمیفته چون مورچه
هرچقدر که جلو بره به جای اولش برنمی‌گرده.
شبیه همین سه تا بُعد فضایی خودمون که می‌شناسیم.
کوچیک بودن اون بُعد عرضی طناب، باعث شده که این بُعد
برای یه چیز کوچیکی مثل مورچه قابل درک باشه اما برای ما انسان‌ها
اینطور نیست، ما از فاصله‌ی دور، فقط طول طناب رو می‌بینیم.
به خاطر همینه که اون ابعاد اضافی فشرده و کوچیک،
برای ریسمان‌ها وجود داره اما ما حسش نمی‌کنیم.
خلاصه اینکه این نظریه‌ی ریسمان تلاش زیادی کرد که سوالات بزرگ فیزیک رو
جواب بده اما جواب دادن به هر سوال باعث میشد سوالات و مشکلات جدیدی به وجود بیاد.
البته نظریه‌ی ریسمان هم یه شکل واحدی نداره، دو تا نوع اصلی داره به نام
نظریه‌ی ریسمان بوزونی (Bosonic String Theory) و نظریه‌ی ابَرریسمان (Superstring Theory).
نظریه‌ی ابَرریسمان باز خودش پنج تا نوع مختلف داره.
به خاطر اینکه توصیف دقیق این‌ها خیلی پیچیده و ریاضیاتیه دیگه وارد جزییاتش نمیشم.
پیشرفت نظریه‌ی ریسمان ادامه داشت تا اینکه سال 1995 یه فیزیکدان آمریکایی
به نام ادوارد ویتن (Edward Witten) اعلام کرد که انواع مختلف نظریه‌ی ریسمان،
در واقع می‌تونن جنبه‌های مختلف یه نظریه‌ی واحد باشن.
اسم این نظریه رو گذاشت نظریه‌ی M .
این هم باز مخالف‌ها و موافق‌های خودشو داره و هنوز به صورت کامل فرمول‌بندی نشده.
یکی از بزرگترین دانشمندانی که طرفدار نظریه‌ی ام بود، استفن هاوکینگ بود که
نظرش این بود که این میتونه بهترین شانس ما برای رسیدن به نظریه‌ی همه‌چیز باشه.
حالا بریم ببینیم نظریه‌ی ریسمان چه مشکلاتی داره.
اولین مشکلش اینه که فقط یه تئوریه که از نظر ریاضیاتی قویه،
ولی هیچ اثبات آزمایشگاهی براش نیست، هیچ مشاهده‌ای انجام نشده که کاملا تاییدش کنه.
برای همین از نظر بعضی از دانشمندا اصلا یه نظریه‌ی علمی حساب نمیشه.
هرچند بعضیای دیگه معتقدن که همین پشتوانه‌ی قوی ریاضیاتی که داره
میتونه به ما کمک کنه تا به نظریه‌ی همه‌چیز برسیم.
مشکل بعدیش اینه که هنوز هیچ توضیح کاملی برای ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک نداده.
هرچند خود وجود ماده و انرژی تاریک هنوز جای سوال داره.
احتمالا هنوز باید چندین سال دیگه صبر کنیم تا ببینیم این نظریه کلا رد میشه
یا اینکه همینطور کامل و کامل‌تر میشه تا اینکه بالاخره جواب ما رو میده.
به نظرم دو تا از چیزایی که خیلی تو این قضیه تاثیر دارن،
یکی کشفیات سرن هست که میتونه شناخت ما از ذرات بنیادی رو کامل‌تر کنه،
یکی هم تلسکوپ جیمز وب که میتونه دانش ما از اون اتفاقاتی که
لحظات اولیه‌ی پیدایش جهان افتاده رو بیشتر کنه.
خلاصه‌ی تمام حرفایی که تو این ویدیو زده شده اینه که ذرات زیراتمی به خاطر اینکه
خیلی خیلی ریز بودن، اندازه‌گیریشون به شدت سخت یا شایدم غیرممکن بود.
دانشمندا اومدن این ذرات رو به صورت نقطه در نظر گرفتن که
همین باعث شد پیشرفت خیلی زیادی تو شناخت این ذره‌ها داشته باشیم.
اما این ذرات نقطه‌ای جواب مناسبی برای نیروی گرانش نداشتن
برای همین دانشمندا این بار به‌جای نقطه، از خط استفاده کردن.
اینجا نظریه‌ی ریسمان ارائه شد.
انگار که دنیای ما با این همه پیچیدگیش، در نهایت از تارهای کوچیکی از جنس انرژی
ساخته شده که ارتعاش می‌کنن و موسیقیش میشه
ماده و انرژی و ستاره‌ها و کهکشان‌ها و من و شما.
خارج از اینکه در آینده اثبات بشه یا نشه، خیلی ایده‌ی جالب و هیجان‌انگیزیه.
این نظریه جواب خیلی از سوالات رو داد ولی
باز پیچیدگی‌های زیادی به وجود اومد که هنوز جوابی براشون نداریم.
اگه یه زمانی بتونیم نظریه‌ی نسبیت و با فیزیک کوانتوم ترکیب کنیم و
و به نظریه‌ی همه‌چیز برسیم، جواب خیلی از سوالاتمونو می‌گیریم.
این احتمالا بزرگترین انقلاب علمیه که در آینده اتفاق میفته.
شما هم لطفا نظرات خودتونو توی کامنت‌ها بنویسید، لایک هم لطفا یادتون نره.
