بیگ بنگ: ده‌ها سال است که فیزیکدانان زیادی معتقدند “نظریه ریسمان” در حقیقت همان حلقه‌ی مفقوده‌ای است که می‌تواند میان دو نظریه‌ی آشتی‌ناپذیر صلح برقرار کند: نظریه‌ نسبیت عام اینشتین که قوانین طبیعت را در بزرگ‌ترین مقیاس توصیف می‌کند و مکانیک کوانتومی که همین قوانین را در کوچک‌ترین مقیاس تبیین می‌کند.

به گزارش بیگ بنگ، با وجود این، گروهی بین‌المللی به سرپرستی محققان دانشگاه رادبوند، شواهد قانع‌کننده‌ای را ارائه کرده‌اند که نشان می‌دهد نظریه‌ای که می‌تواند مکانیک کوانتومی را با نسبیت عام آشتی دهد تنها محدود به نظریه ریسمان نمی‌شود. آن‌ها نشان دادند که بدون ریسمان‌ها هم می‌توان یک نظریه‌ی گرانش کوانتومی ابداع کرد که از تمام قوانین بنیادین فیزیک پیروی کند.

هنگامی که عملکرد گرانش را در کیهان مشاهده می‌کنیم، برای مثال حرکت سیارات یا عبور نور از نزدیکی سیاهچاله، به نظر می‌رسد همه چیز با همان قوانینی که اینشتین در نظریه نسبیت عام خود بیان کرده، همخوانی دارد. از طرف دیگر، مکانیک کوانتومی نظریه‌ای است که خواص فیزیکی طبیعت را در کوچک‌ترین مقیاس اتمی و زیراتمی آن تبیین می‌کند. با وجود اینکه این دو نظریه توصیف هر پدیده‌ی فیزیکی بنیادینی را که مشاهده می‌کنیم برای‌مان امکان‌پذیر کرده‌اند امّا این دو نظریه با هم ناسازگارند. فیزیکدانان سخت در تلاش‌اند تا برای تبیین و توضیح گرانش در هر دو جهانِ بزرگ مقیاس و کوچک مقیاس این دو نظریه را با هم آشتی بدهند، اما تا به امروز ناکام مانده‌اند.

هیچ قید و بندی در کار نیست (ریسمانی در کار نیست)

در دهه‌ی ۱۹۷۰، فیزیکدانان با بسط قوانین حاکم بر نظریه نسبیت عام، اصول فیزیکی نوینی را ارائه دادند تا بر این مشکل غلبه کنند. بر اساس این اصول نوین که «نظریه ریسمان» خوانده می‌شود، هر آنچه در اطراف‌مان می‌بینیم به جای آنکه از ذرات نقطه‌ای تشکیل شده باشند، در حقیقت از ریسمان‌های یک بُعدی مرتعش ساخته شده‌اند. “نظریه‌ ریسمان” از بدو پیدایش تاکنون شایع‌ترین چارچوب نظری را برای فیزیکدانان فراهم کرد، تا شاید بتوانند با بسط نظریه نسبیت عام اینشتین به یک نظریه گرانش کوانتومی برسند.

با این وجود، پژوهش نوینی که از سوی فیزیکدانان نظری در دانشگاه رادبوند ارائه شده، اکنون نشان می‌دهد که “نظریه ریسمان” تنها راه رسیدن به این هدف نیست. فرانک سوئرسیک، فیزیکدان نظری می‌گوید: «ما نشان دادیم که تبیین گرانش با مکانیک کوانتومی حتی بدون استفاده از قوانین نظریه ریسمان هم امکان‌پذیر است. نتایج پژوهش نشان داد این ایده که هر چیزی از ذرات نقطه‌ای تشکیل شده است، هنوز هم می‌تواند بدون نیاز به ریسمان‌ها با گرانش کوانتومی سازگار باشد. لذا این چارچوبِ فیزیک ذرات توسط آزمایشی مثل، برخوردهنده هادرونی بزرگ(LHC) در سرن نیز تأیید شده است.»

سربلند از آزمون

به گفته محققان: «کاربرد این نظریه‌ی جایگزین توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است، چون آزمودن نظریه ریسمان فوق‌العاده دشوار بوده است. ایدۀ ما از آن دسته اصول فیزیکی پیروی می‌کند که قبلاً از آزمون سربلند بیرون آمده‌اند. به عبارت دیگر، کسی تاکنون ریسمان‌ها را در آزمایشگاه مشاهده نکرده، اما ذرات چیزهایی هستند که دانشمندان قطعاً آن‌ها را در آزمون‌های LHC می‌بینند. این ایده به ما این توانایی را می‌بخشد تا بتوانیم میان پیش‌بینی‌های نظری و آزمون‌ها، آسان‌تر پل ِ ارتباطی برقرار کنیم.»

تنها یک دسته از قوانین حاکم‌اند

این گروه پژوهشی بین‌المللی پس از آنکه نشان دادند ایده‌ی آن‌ها می‌تواند مشکلات دیرباز فیزیک ذرات را حل کند، اخیراً در تلاشند تا پیامدهای بکارگیری آن را در سطح سیاهچاله‌ها بررسی کنند. «روی‌هم‌رفته، تنها یک دسته از قوانین طبیعت در کیهان حاکم‌اند و این قوانین باید بتوانند برای تبیین هر نوع پرسشی به کار روند، برای مثال وقتی ذرات در انرژی‌های فوق‌العاده زیاد به هم کوبیده می‌شوند یا وقتی درون سیاهچاله سقوط می‌کند چه روی می‌دهد. جالب خواهد بود که نشان دهیم این پرسش‌های به ظاهر نامربوط عملاً با هم در ارتباطند و درک این ارتباط می‌تواند برای حل معماهای هر دو جهانِ بزرگ ‌مقیاس و کوچک ‌مقیاس مفید باشد.» جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: محمد نوده فراهانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: phys.org