نظرية الأوتار هي محاولة لتوحيد ركيزتي فيزياء القرن العشرين - ميكانيكا الكم ونظرية ألبرت أينشتاين النسبية - مع إطار شامل يمكن أن يفسر كل الواقع المادي. يحاول القيام بذلك عن طريق افتراض أن الجسيمات هي في الواقع كيانات أحادية البعد تشبه السلسلة التي تحدد اهتزازاتها خصائص الجسيمات ، مثل كتلتها وشحنتها.
تم تطوير هذه الفكرة المضادة للبداهة لأول مرة في الستينيات والسبعينيات ، عندما تم استخدام السلاسل لنمذجة البيانات الصادرة عن المصادمات دون الذرية في أوروبا ، وفقًا لموقع إلكتروني حول نظرية الأوتار التي أنشأتها جامعة أكسفورد والجمعية الملكية البريطانية. قدمت السلاسل طريقة رياضية أنيقة لوصف القوة القوية ، إحدى القوى الأساسية الأربع في الكون ، والتي تجمع النوى الذرية معًا.
ظل الموضوع هامشيًا لسنوات عديدة ، حتى "ثورة نظرية الأوتار" في عام 1984 ، عندما أنتج المنظران مايكل جرين وجون شوارز معادلات أظهرت كيف أن السلاسل تجنبت بعض التناقضات التي تصيب النماذج التي تصف الجسيمات بأنها كائنات تشبه النقطة ، وفقًا لجامعة كامبريدج.
لكن هذه المزهرة الأولى تركت الباحثين بخمس نظريات مختلفة تشرح كيف تتأرجح سلاسل أحادية البعد في واقع 10 أبعاد. ظهرت ثورة ثانية في عام 1995 ، عندما أظهر علماء الفيزياء أن هذه الأفكار المختلفة كانت جميعها مرتبطة ويمكن دمجها مع نظرية أخرى تسمى الجاذبية الفائقة ، والتي عملت في 11 بُعدًا. أنتج هذا النهج التجسد الحالي لنظرية الأوتار.
حل الألغاز
نظرية الأوتار هي إحدى الطرق المقترحة لإنتاج نظرية كل شيء ، نموذج يصف جميع الجسيمات والقوى المعروفة والتي ستحل محل النموذج القياسي للفيزياء ، والذي يمكن أن يفسر كل شيء باستثناء الجاذبية. يعتقد العديد من العلماء في نظرية الأوتار بسبب جمالها الرياضي. توصف معادلات نظرية الأوتار بأنها أنيقة ، وتعتبر أوصافها للعالم المادي مرضية للغاية.
تشرح النظرية الجاذبية من خلال سلسلة اهتزازية معينة تتوافق خصائصها مع خصائص الجاذبية الافتراضية ، وهو جسيم ميكانيكي كمومي يحمل قوة الجاذبية. أن النظرية الغريبة تتطلب 11 بُعدًا للعمل - بدلاً من ثلاثة من الفضاء ومرة واحدة نعيشها عادةً - لم تثن الفيزيائيين الذين يدافعون عنها. لقد وصفوا ببساطة كيف يتم تجعيد جميع الأبعاد الإضافية في مساحة صغيرة للغاية ، بترتيب 10 ^ -33 سم ، وهي صغيرة بما يكفي بحيث لا يمكننا اكتشافها بشكل طبيعي ، وفقًا لوكالة ناسا.
استخدم الباحثون نظرية الأوتار لمحاولة الإجابة على أسئلة أساسية حول الكون ، مثل ما يدور داخل الثقب الأسود ، أو لمحاكاة العمليات الكونية مثل الانفجار العظيم. حاول بعض العلماء حتى استخدام نظرية الأوتار للحصول على التعامل مع الطاقة المظلمة ، القوة الغامضة التي تسرع توسع المكان والزمان.
مطاردة لا تنتهي
لكن نظرية الأوتار خضعت مؤخرًا لتدقيق أكبر. معظم تنبؤاته غير قابلة للاختبار مع التكنولوجيا الحالية ، وتساءل العديد من الباحثين عما إذا كانوا يسقطون في حفرة أرنب لا تنتهي. في عام 2011 ، اجتمع الفيزيائيون في المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي للمناقشة السنوية الحادية عشرة لإسحاق أسيموف التذكاري ، لمناقشة ما إذا كان من المنطقي اللجوء إلى نظرية الأوتار ووصفًا واقعيًا للواقع.
"هل تطارد شبحًا ، أم أن مجموعتك غبية جدًا بحيث لا يمكنك معرفة ذلك؟" مثار نيل ديغراس تايسون ، مدير متحف هايدن القبة السماوية ، الذي أشار إلى أن التقدم في نظرية الأوتار كان غير مكتمل في السنوات السابقة.
جاءت أحدث التحديات لنظرية الأوتار من الإطار نفسه ، الذي يتنبأ بوجود عدد كبير محتمل من الأكوان الفريدة ، يصل إلى 10 ^ 500 (هذا هو الرقم 1 متبوعًا بـ 500 أصفار). يبدو أن هذا المشهد المتعدد الأكوان يوفر إمكانيات كافية ، إذا اكتشف الباحثون أنها ستصادف واحدة تتوافق مع نسختنا الخاصة من الواقع. ولكن في عام 2018 ، اقترحت ورقة مؤثرة أنه لا يوجد واحد من هذه الأكوان الافتراضية الضخمة لا يشبه الكون. على وجه التحديد ، افتقر كل منها إلى وصف للطاقة المظلمة كما نفهمها حاليًا.
وقالت سابين هوسينفيلدر ، الفيزيائية بمعهد فرانكفورت للدراسات المتقدمة في ألمانيا ، التي انتقدت نظرية الأوتار ، في وقت سابق لـ Live Science: "إن منظري الأوتار يقترحون كمية لا حصر لها من الإنشاءات الرياضية التي ليس لها علاقة معروفة بالملاحظة".
يؤكد باحثون آخرون أن نظرية الأوتار ستحقق نتائج ذات يوم. اقترح الفيزيائي غوردون كين من جامعة ميشيغان في مجلة الفيزياء اليوم ، أنه مع إجراء الترقيات حاليًا ، يمكن أن يقدم مصادم هادرون الكبير أدلة على نظرية الأوتار في المستقبل القريب. لكن مصير النظرية النهائي غير معروف حتى الآن.
