بیگ بنگ: بنا به گفته برخی از فیزیکدانان، مشکل نظریه ریسمان این است که جهان‌های بسیار زیادی را به وجود می آورد. این نظریه نَه یک نسخه، بلکه 10 به توان 500 نسخه از فضا-زمان را پیش بینی می کند که هر کدام قوانین فیزیک خاص خود را دارند. با وجود این جهان‌های متعدد، چطور این نظریه می تواند ویژگی های جهان خودمان را توضیح بدهد؟

به گزارش بیگ بنگ، اکنون بعضی از نظریه پردازان اعلام داشته اند که قسمت اعظم آن جهان ها ممنوعه هستند؛ دستکم اگر بخواهیم انرژی تاریک پایداری داشته باشند. گفتنی است که انرژی تاریک نقش اساسی را در گسترش سریع کیهان ایفا می کند. برای برخی از محققان، حذفِ جهان های متعدد احتمالی یک نقیصه نیست، بلکه گامی بزرگ و رو به جلو برای نظریه ریسمان است که امیدها را برای انجام پیش بینی های قابل آزمایش زنده می کند. اما برخی دیگر هم بر وجود چندجهانی تاکید می کنند.

این بحث در پایان ماه ژوئن در ژاپن یک موضوع داغ به شمار نمی رفت؛ نظریه‌پردازان ریسمان در کنفرانس سال 2018 در این کشور گردهم آمدند. «دنیلسون» فیزیکدان دانشگاه اوپسالا- سوئد بیان کرد: «این واقعا چیزی جدید است و بحث‌های جنجالی و چالش برانگیزی را در این حوزه پدید آورده است.» بحث اصلی بر روی دو مقاله‌ای است که ماه گذشته منتشر شد و این مقاله‌ها نظریه ریسمان را نشانه رفته‌اند: «تعداد بی‌شماری جهان‌های بالقوه که از راه حل‌های متعدد برای معادله‌های نظریه ریسمان نشات می گیرند.»

اما اکثریت قریب به اتفاق راه حل‌های یافت شده تاکنون از سازگاری ریاضی لازم بی‌بهره‌اند که در چارچوب نظریه قرار نمی گیرند، بلکه باید آنها را در باتلاق جهان‌هایی قرار داد که واقعا وجود ندارند. دانشمندان می دانند که باید راه حل‌های زیادی در این باتلاق جای گرفته باشد، اما این ایده که می گوید قسمت عمده یا شاید تمامی راه حل‌های این چشم‌انداز(landscape) وجود داشته باشند، می تواند تغییری بزرگ قلمداد شود. «کامران وفا» فیزیکدان دانشگاه هاروارد که مسئولیت تنظیم و سرپرستی دو مقاله را بر عهده داشت، گفت: «در واقع، شاید به لحاظ نظری یافتن یک راه حل معتبر برای نظریه ریسمان که در بردارنده انرژی تاریک پایدار باشد، غیرممکن باشد.»

گمشده در چندجهانی

نظریه ریسمان تلاشی برای توصیف کل جهان تحت «نظریه همه چیز» می باشد که با افزودن ابعاد بیشتری از فضا-زمان و در نظر گرفتن ذرات بعنوان حلقه‌هایِ کوچک در حال ارتعاش همراه است. بسیاری از نظریه‌پردازان ریسمان مدعی هستند که این نظریه همچنان بهترین مسیر برای بررسی رویای آلبرت اینشتین است: یعنی متحدسازی نظریه نسبیت عام با جهان میکروسکوپی مکانیک کوانتومی. البته مفهوم چشم‌انداز نظریه ریسمان که جهان‌های متعددی را پیش‌بینی می کند، موجب بهت و تامل بعضی از فیزیکدانان شده است.

«پائول استینهاردت» فیزیکدان دانشگاه پرینستون که در یکی از مقاله‌های اخیر همکاری کرد، گفت: «اگر واقعا چشم‌اندازی وجود داشته باشد، باید بگویم که این نظریه به پایان و مرگ خود رسیده است، زیرا همۀ ارزش پیش‌بینی خود را از دست می دهد. در واقع همه چیز ممکن می شود. مشکلات تازه‌ای که گریبان انرژی تاریک را گرفته است، می تواند راه گریزی برای نظریه ریسمان ارائه کند. تصویری که با یک چندجهانی بزرگ عرضه می شود، می تواند به لحاظ ریاضی اشتباه باشد. این عامل باعث جالب‌تر شدن مسائل می شود زیرا بدین معناست که نظریه ریسمان پیشگویانه‌تر از آن چیزی است که تصور می شد.»

برخی نظریه‌پردازان ریسمان از قبیل «ساودیپ ستی» از دانشگاه شیکاگو، با آغوش‌باز از ارزیابی مجددی که اکنون در حال وقوع است، استقبال می کنند. او می گوید: «فکر میکنم این کار واقعا هیجان‌انگیز است. من برای مدتی طولانی نسبت به چشم‌انداز ریسمان‌ها مشکوک بودم. اما حالا خوشحالم که تغییر دیدگاه در این زمینه رخ داده است و محققان به مجموعه‌ای از چند راه حل دست پیدا کرده‌اند. به نظر من ایرادی ندارد که بر حدس‌ها و گمانه‌زنی‌ها تکیه کنیم؛ شاید این گمانه‌زنی‌ها راه‌های جدید و مفیدی را به رویمان بگشایند. البته من هیچ دلایل آزمایشی و نظری برای جدی گرفتن این گمانه‌زنی‌ها سراغ ندارم.» «شمیت کاچرو» از دانشگاه استنفورد و «آوا سیلورستین» فیزیکدان دانشگاه استنفورد نسبت به دیدگاه‌های “کامران وفا” مشکوک هستند. این دو فیزیکدان استنفورد اظهار داشتند: «به نظر من اجزا و راهکارهایی که بتازگی ارائه شده، اعتبار کامل دارند.»

ناگفته نماند که نظریه‌پردازان زیادی با چندجهانی نظریه ریسمان مشکلی ندارند و با آن کنار آمده‌اند. کاچرو افزود: «این درست است که اگر چشم‌انداز نظریه ریسمان صحت داشته باشد، در مقایسه با چندجهانی، قسمتی از جهان که ما در آن هستیم، مانند منظومه شمسی خودمان در جهان خواهد بود. و این چیز خوبی است.» یوهانس کپلر به جستجوی دلیلی اساسی برای اینکه چرا زمین در این فاصله نسبت به خورشید قرار دارد، پرداخت. اما حالا می دانیم که خورشید تنها یک ستاره از مجموع میلیاردها ستاره‌ای است که در کهکشان راه شیری وجود دارد و هر کدام از این ستاره‌ها دارای سیارات خاص خود هستند. فاصله زمین نسبت به خورشید صرفا عددی تصادفی است، نَه نتیجه اصول ریاضی ژرف. بدین ترتیب، اگر جهان یکی از تریلیون‌ها جهان در چندجهانی باشد، پارامترهای ویژه کیهان ما نیز به طور مشابهی تصادفی هستند.

جهانِ در حال گسترش

اگر درست باشد که نظریه ریسمان نمی تواند انرژی تاریک پایدار را پشتیبانی کند، این می تواند دلیلی برای تردید به نظریه ریسمان باشد. اما از دیدگاه کامران وفا، این دلیلی برای تردید به انرژی تاریک است؛ این انرژی در محبوب‌ترین شکل خود با عنوان ثابت کیهانی شناخته می شود. این ایده توسط آلبرت اینشتین در سال 1917 مطرح شد و وقتی اخترشناسان در سال 1998 دریافتند که نه تنها فضا-زمان در حال انبساط و گسترش است، بلکه نرخ سرعت انبساط هم در حال فزونی است، ایده اینشتین را احیا کردند. ثابت کیهانی می تواند یک نوع انرژی در خلاء فضایی باشد که هرگز تغییر نمی یابد. اما این تنها توضیح احتمالی برای جهانِ در حال گسترش نیست. وفا می گوید: «صرف‌نظر از اینکه می توان انرژی تاریک پایدار را در نظریه ریسمان فهمید یا خیر، مشخص می شود که ایده تغییر انرژی تاریک با گذشت زمان در نظریه ریسمان خیلی طبیعی است. اگر اینطور باشد، می توان با مشاهدات اخترفیزیکی که اکنون در حال رقم خوردن است، این متغیر انرژی تاریک را اندازه گرفت.»

تاکنون همۀ شواهد اخترفیزیک از ایده ثابت کیهانی پشتیبانی می کند، اما انتظار می رود راهی برای تغییر در اندازه‌گیری‌ها وجود داشته باشد. آزمایشات آینده مثل تلسکوپ فضایی اقلیدس اروپا، تلسکوپ بررسی WFIRST ناسا و رصدخانه سایمونز واقع در صحرای شیلی به جستجوی نشانه‌هایی از انرژی تاریک خواهند پرداخت. محققان خاطر نشان کردند: «نکته جالب این است که اکنون در نقطه حساسی برای اِعمال فشار بر نظریه ثابت کیهانی قرار داریم. ما نباید منتظر فناوری‌های جدیدی برای ورود به بازی باشیم. ما حالا در بازی حضور داریم.» حتی افرادی که به پیشنهاد “کامران وفا” تردید دارند، از اینکه آلترناتیوهایی را برای ثابت کیهانی در نظر بگیریم، حمایت می کنند. سیلورستین بیان نمود: «من موافقم که انرژی تاریکِ در حال تغییر، یک روش ساده‌سازی برای انبساط سریع است. اما فکر نمی کنم هیچ توجیهی برای انجام پیش‌بینی‌های مشاهده محور در خصوص انرژی تاریک در این شرایط وجود داشته باشد.»

به پاس مقاله‌های “کامران وفا”، دنیلسون و همکارانش راه دیگری را برای گنجاندن انرژی تاریک در نظریه ریسمان پیشنهاد دادند. در نسخه آنان، جهان ما سطح سه بعدی یک حباب است که در فضایی با ابعاد بزرگتر در حال انبساط و گسترش می باشد. فیزیکِ حاکم بر این سطح می تواند شبیه به فیزیک ثابت کیهانی باشد. بحثی که بر سر نظریه ریسمان وجود دارد، روی سوال ژرفی تمرکز می کند: هدف غایی فیزیک چیست؟ آیا یک نظریه خوب باید بتواند خصوصیات ویژه جهان پیرامون ما را توضیح بدهد و یا اینکه چنین چیزی فراتر از تصور و تقاضاست؟ وقتی نظریه ای با نحوه تفکر ما نسبت به جهان تناقض داشته باشد، آیا باید این نظریه را کنار بگذاریم یا باید روی دانسته های قبلی مان قلم بکشیم؟

نظریه ریسمان برای بسیاری از دانشمندان، جذاب و مهم است زیرا معادله‌های راضی کننده‌ای دارد و توضیحات قانع کننده‌ای را عرضه کرده است. برخی از افراد نظریه ریسمان را چیزی بیشتر از یک احتمال شگفت‌انگیز نمی دانند. اما امیدهایی که در تحقیقات محتمل آینده نظریه ریسمان نهفته است، بسیار بیشتر از یک داستان جالب و فریبنده است. اولین بار که نظریه گرانش توسط آیزاک نیوتن کشف شد، در اذهان عمومی به عنوان کشفی باورنکردنی شناخته می شد و واقعا همین بود. زمانی که این نظریه انقلابی به پا کرد، کاربردهای عملی آن هیچ شباهتی به کاربردهایش در دنیای امروز ندارد. از نیوتن تا نسبیت عام اینشتین و غیره، این نظریه انقلابی همواره به دانشمندان فرصت اختراع، نوآوری و توسعه داده است. اگر مرزهای فیزیک محض با همین روند گسترش یابند، ممکن است روزی اطلاعات ارزشمند شکل جدیدی به نگرش علمی ما ببخشند.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: Livescience.com