آیا توضیح گرانش بدون نظریه‌ی ریسمان ممکن می‌شود؟
نظریه‌ی ریسمان را شاید بتوان انقلابی در ارتباط میان نسبیت عام اینشتین و مکانیک کوانتومی دانست اما آیا واقعا گرانش به‌عنوان یکی از اساسی‌ترین نیروهای جهان، بدون این نظریه قابل توصیف نیست؟ گروهی از دانشمندان معتقدند که به‌تازگی به یافته‌هایی در این زمینه رسیده‌اند.
برای چندین دهه اکثر فیزیکدانان توافق کرده‌اند که حلقه‌ی مفقوده‌ی میان نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین که قوانین طبیعت را در مقیاس بزرگ توصیف می‌کند و مکانیک کوانتومی که پدیده‌ها را در کوچک‌ترین مقیاس توصیف می‌کند، نظریه‌ی ریسمان است.
با این وجود، به‌تازگی یک همکاری بین‌المللی به سرپرستی فیزیکدانان «دانشگاه رادبود» (Radboud University) در نشریه‌ی «فیزیکال ریویو لترز» (Physical Review Letters) شواهد قانع‌کننده‌ای ارائه کرده است که نشان می‌دهد نظریه‌ی ریسمان تنها نظریه‌ای نیست که می‌تواند این پیوند را ایجاد کند. این دانشمندان نشان دادند که می‌توان نظریه‌ای درباره‌ی گرانش کوانتومی ساخت که بدون نیاز به نظریه‌ی ریسمان، از تمام قوانین اساسی فیزیک پیروی کند.
هنگامی که گرانش را در جهان خود مشاهده می‌کنیم، مانند حرکت سیارات یا گذر نور از نزدیکی سیاهچاله، به‌نظر می‌رسد که همه چیز از قوانینی پیروی می‌کند که اینشتین در نظریه‌ی نسبیت عام خود توضیح داده است. از سوی دیگر مکانیک کوانتومی هم نظریه‌ای است که ویژگی‌های فیزیکی طبیعت را در کوچک‌ترین مقیاس اتم‌ها و ذرات زیراتمی توصیف می‌کند.
اگرچه این دو نظریه به ما امکان داده‌اند که هر پدیده‌ی فیزیکی اساسی مشاهده شده را توضیح دهیم، اما با یکدیگر در تضاد هستند و فیزیکدانان برای تطبیق این دو نظریه درباره‌ی توضیح گرانش در بزرگ‌ترین و کوچک‌ترین مقیاس، مشکلات زیادی دارند.
بدون نظریه‌ی ریسمان
در دهه‌ی ۱۹۷۰ میلادی فیزیکدانان مجموعه‌ی جدیدی از اصول فیزیک را برای حل این مشکل پیشنهاد کردند و قوانین ارائه شده توسط نظریه‌ی نسبیت عام را گسترش دادند. بر اساس این نظریه که «نظریه‌ی ریسمان» (String Theory) نام گرفته است، همه چیز در اطراف ما نه توسط ذرات نقطه‌ای، بلکه توسط ریسمان‌ها شکل گرفته‌اند؛ اجرام تک‌بعدی که ارتعاش می‌کنند. از زمان معرفی، نظریه‌ی ریسمان گسترده‌ترین چارچوب نظری بوده است که تصور می‌شود نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین را به یک نظریه برای گرانش کوانتومی کامل می‌کند.
آلبرت اینشتین
CC0 Public Domain
با این وجود اکنون یک ارائه‌ی جدید توسط فیزیکدانان نظری دانشگاه رادبود نشان می‌دهد که نظریه‌ی ریسمان تنها راه برای انجام این کار نیست. «فرانک ساورسیگ» (Frank Saueressig) فیزیکدان نظری در این‌باره می‌گوید: «به عقیده‌ی ما که هنوز هم می‌توان گرانش را با استفاده از مکانیک کوانتومی و بدون استفاده از قوانین نظریه‌ی ریسمان توضیح داد.»
او افزود: «ما نشان می‌دهیم که این ایده که همه چیز از ذرات نقطه‌ای تشکیل شده است، همچنان می‌تواند با گرانش کوانتومی بدون احتساب ریسمان‌ها تناسب داشته باشد. این چارچوب فیزیک ذرات به‌طور تجربی هم، برای نمونه در برخورددهنده‌ی هادرونی بزرگ (LHC) در سرن، تأیید شده است.»
در آزمایش‌ها
به گفته‌ی ساورسیگ استفاده از این نظریه‌ی جایگزین برای دانشمندان جذاب است، زیرا تاکنون اتصال نظریه‌ی ریسمان به آزمایش‌ها بسیار دشوار بوده است اما ایده‌ی آن‌ها از اصول فیزیکی بهره می‌برد که قبلا به‌صورت تجربی آزمایش شده‌اند.
او خاطرنشان کرد: «به بیان دیگر هیچ کس تاکنون ریسمان‌ها را در آزمایش‌ها مشاهده نکرده است اما ذرات چیزهایی هستند که افراد قطعا در آزمایش‌های LHC می‌بینند. این به ما امکان می‌دهد شکاف میان پیش‌بینی‌های نظری و آزمایش‌ها را آسان‌تر پر کنیم.»
فقط یک مجموعه قانون
این گروه پژوهشی بین‌المللی پس از آنکه نشان داد ایده‌های آن‌ها قادر به حل مشکلات طولانی‌مدت در فیزیک ذرات است، اکنون در حال بررسی پیامدهای حاصل از قوانین جدید خود در سطح سیاهچاله‌ها است.
ساورسیگ گفت: «به هر حال تنها یک مجموعه از قوانین طبیعت وجود دارد و این مجموعه باید بتواند درباره‌ی انواع پرسش‌ها اعمال شود، از جمله اینکه وقتی ذرات با انرژی‌های فوق‌العاده بالا را برخورد می‌دهیم چه روی می‌دهد و یا اینکه وقتی ذرات به یک سیاهچاله فرو می‌ریزند، چه اتفاقی می‌افتد.»
او تأکید کرد: «این واقعا فوق‌العاده است که نشان دهیم در واقع یک پیوند میان این پرسش‌های به‌ظاهر متمایز وجود دارد که به حل معماهایی در هر دو سمت می‌انجامد.»
عکس کاور: طرحی از حرکت یک ذره به‌عنوان مبنای نظریه‌ی ریسمان
Credit: Trailfan/Flickr
منبع: Phys.Org
