في نظرية الأوتار ، تستبدل قطع صغيرة من الأوتار الجسيمات دون الذرية التقليدية.
بول م. سوتر هو عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية نيويورك ستوني بروك ومعهد فلاتيرون اسأل رائد فضاء و راديو الفضاء، ومؤلف كتاب "مكانك في الكون.ساهم سوتر في هذا المقال أصوات خبراء Space.com: Op-Ed & Insights.
تأمل نظرية الأوتار أن تكون نظرية حرفية لكل شيء ، إطار موحد واحد يشرح كل التنوع والثراء الذي نراه في الكون وفي مصادمات الجسيمات لدينا ، من طريقة تصرف الجاذبية إلى أي شيء الطاقة المظلمة هو لماذا تمتلك الإلكترونات الكتلة التي تمتلكها. وعلى الرغم من أنها فكرة محتملة قوية ، والتي إذا تم فتحها ستحدث ثورة في فهمنا للعالم المادي ، إلا أنها لم يتم اختبارها بشكل مباشر.
ومع ذلك ، كانت هناك طرق لاستكشاف بعض الأسس والعواقب المحتملة لل نظرية الأوتار. وعلى الرغم من أن هذه الاختبارات لن تثبت نظرية الأوتار مباشرة بطريقة أو بأخرى ، إلا أنها ستساعد في تعزيز قضيتها. دعنا نستكشف.
مشكلة مزعجة
أولاً ، علينا أن نفحص سبب صعوبة اختبار نظرية الأوتار. هناك سببان.
إن سلاسل نظرية الأوتار صغيرة بشكل مذهل ، ويعتقد أنها في مكان ما حول مقياس بلانك ، يبلغ عرضه من 10 إلى 34 مترًا. هذا بعيد جدًا ، أصغر بكثير من أي شيء يمكن أن نأمل في التحقيق فيه حتى مع أدق أدواتنا. الأوتار صغيرة جدًا ، في الواقع ، تبدو لنا وكأنها جسيمات تشبه النقطة ، مثل الإلكترونات والفوتونات والنيوترونات. لا يمكننا ببساطة التحديق في سلسلة مباشرة.
ويتصل بهذا الصغر مقياس الطاقة اللازم لفحص الأنظمة التي تهم نظرية الأوتار بالفعل. اعتبارا من اليوم ، لدينا نهجان مختلفان لشرح أربع قوى للطبيعة. من ناحية ، لدينا تقنيات نظرية المجال الكمي ، التي توفر وصفا مجهريا للكهرومغناطيسية والقوتين النوويتين. ومن ناحية أخرى لدينا النسبية العامة، مما يسمح لنا بفهم الجاذبية على أنها الانحناء والتزييف في الزمكان.
بالنسبة لجميع الحالات التي يمكننا فحصها مباشرةً ، فإن استخدام واحدة أو أخرى على ما يرام. لا تعمل نظرية الأوتار إلا عندما نحاول الجمع بين جميع القوى الأربع مع وصف واحد ، وهو أمر مهم حقًا على أعلى مستويات الطاقة - عالية جدًا لدرجة أننا لم نتمكن أبدًا من بناء آلة للوصول إلى هذه الارتفاعات.
ولكن حتى لو استطعنا ابتكار مصادم جسيمات للتحقيق مباشرة في طاقات الجاذبية الكمومية ، لم نتمكن من اختبار نظرية الأوتار ، لأنه حتى الآن لم تكتمل نظرية الأوتار. إنه غير موجود. لدينا فقط تقديرات تقريبًا نأمل أن تقترب من النظرية الفعلية ، ولكن ليس لدينا أي فكرة عن مدى صوابنا (أو خطأ). لذا فإن نظرية الأوتار ليست حتى على مستوى مهمة التنبؤات التي يمكننا مقارنتها بالتجارب الافتراضية.
البلوز الكوني
على الرغم من أننا لا نستطيع الوصول إلى الطاقات المطلوبة في مصادمات الجسيمات لدينا لإلقاء نظرة متعمقة حقًا على عالم الخيوط المحتمل ، فقد كان كوننا بأكمله قبل 13.8 مليار سنة مصدرًا للقوى الأساسية. ربما قد نكتسب بعض الأفكار الصارمة من خلال النظر في تاريخ الانفجار الكبير.
أحد الاقتراحات التي طرحها منظري الأوتار هو نوع آخر من الأوتار النظرية: الأوتار الكونية. السلاسل الكونية هي عيوب تمتد عبر الكون في الزمكان ، وبقايا من اللحظات الأولى للانفجار العظيم ، وهي تنبؤ عام جدًا لفيزياء تلك الحقبة من الكون.
لكن سلاسل كونية قد تكون أيضًا خيوطًا ممدودة للغاية من نظرية الأوتار ، والتي عادة ما تكون صغيرة جدًا لدرجة أن "الميكروسكوب" كبير جدًا في كلمة واحدة ، ولكن تم تمديدها وسحبها من خلال التوسع المستمر للكون. لذلك إذا وجدنا سلسلة كونية تطفو في الكون ، يمكننا دراستها بعناية والتحقق مما إذا كان شيء ما تنبأ به نظرية الأوتار.
حتى الآن ، لم يتم العثور على سلاسل كونية في عالمنا.
لا يزال البحث قيد التشغيل. إذا وجدنا سلسلة كونية ، فلن يثبت بالضرورة نظرية الأوتار - سيكون هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به ، نظريًا وملاحظة ، للتمييز بين التنبؤ بنظرية الأوتار من إصدار الكراك في الزمكان.
ليس التناظر الفائق
ومع ذلك ، قد نتمكن من التقاط بعض القرائن المثيرة للاهتمام ، وإحدى هذه القرائن التناظر الفائق. التناظر الفائق هو تناظر مفترض للطبيعة يربط جميع الفرميونات (اللبنات الأساسية للواقع مثل الإلكترونات والكواركات) بالبوزونات (حاملات القوى مثل الغلوونات والفوتونات) في إطار واحد.
تم عمل آلية التناظر الفائق لأول مرة من قبل منظري الأوتار ، ولكن أخذوا النار كوسيلة مثيرة للاهتمام لجميع الفيزيائيين ذوي الطاقة العالية لحل بعض المشاكل المحتملة مع النموذج القياسي ووضع توقعات للفيزياء الجديدة. ضمن نظرية الأوتار ، يسمح التناظر الفائق للأوتار بوصف ليس فقط قوى الطبيعة ولكن أيضًا لبنات البناء ، مما يمنح هذه النظرية القدرة على أن تكون نظرية لكل شيء.
لذلك إذا وجدنا دليلاً على التناظر الفائق ، فلن يثبت نظرية الأوتار ، ولكنه سيكون نقطة انطلاق رئيسية.
لم نعثر على أي دليل على التناظر الفائق.
ال مصادم هادرون كبير تم تصميم (LHC) بشكل صريح لاستكشاف التناظر الفائق ، أو على الأقل بعض من أبسط وأسهل إصدارات التناظر الفائق ، من خلال البحث عن جسيمات جديدة تنبأت بها النظرية. أصبح LHC فارغًا تمامًا ، بدون حتى نفحة جسيم فائق جديد ، مما يمسح أبسط أفكار التناظر الفائق تمامًا من الخريطة.
وبينما لا تستبعد هذه النتيجة السلبية نظرية الأوتار ، إلا أنها لا تجعلها تبدو رائعة أيضًا.
هل سيكون لدينا في يوم من الأيام دليل على أحد الأسس أو التوقعات الجانبية لنظرية الأوتار؟ من المستحيل أن أقول. تم تعليق الكثير من الآمال على التناظر الفائق ، والذي فشل حتى الآن في تحقيقه ، ولا تزال هناك أسئلة حول ما إذا كان الأمر يستحق بناء مصادمات أكبر لمحاولة الضغط بقوة على التناظر الفائق ، أو إذا كان علينا فقط الاستسلام وتجربة شيء آخر.
- كيف يمكن أن يكون للكون أبعاد أكثر
- الجسيمات الغامضة التي تتدفق من القارة القطبية الجنوبية تتحدى الفيزياء
- الانفجار الكبير: ما الذي حدث بالفعل عند ولادة كوننا؟
تعرف على المزيد من خلال الاستماع إلى الحلقة "هل نظرية الأوتار تستحق العناء؟ (الجزء 6: ربما يجب علينا اختبار هذا)" على بودكاست Ask A Spaceman ، متاح على اي تيونز وعلى الويب فيhttp://www.askaspaceman.com. بفضل John C. ، Zachary H. ،edit_room ، Matthew Y. ، Christopher L. ، Krizna W. ، Sayan P. ، Neha S. ، Zachary H. ، Joyce S. ، Mauricio M. ،shrenicshah ، Panos T . ، Dhruv R. ، Maria A. ، Ter B. ، oiSnowy ، Evan T. ، Dan M. ، Jon T. ،twblanchard ، Aurie ، Christopher M. ،unplugged_wire ، Giacomo S. ، Gully F. للأسئلة التي أدت إلى هذه القطعة! اطرح سؤالك الخاص على Twitter باستخدام #AskASpaceman أو باتباع Paul PaulMattSutter و facebook.com/PaulMattSutter.
