المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 نظريه‌ي ريسمان - بخش دوم (زنگ تفريح شماره‌ي 67)
نظريه‌ي ريسمان - بخش دوم (زنگ تفريح شماره‌ي 67)زنگ تفريح فيزيك
راه حل نهايي؟

نظريه‌ي ريسمان - بخش دوم













 

چكيده
اهداف آموزشي
  اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي – دانش
    - «دانش امور جزوي» > «دانش امور اصطلاح»
    - «دانش امور جزوي» > «دانش واقعيت‌هاي مشخص 
  اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي - توانايي‌ها و مهارت‌هاي ذهني
    
- «فهميدن» > «ترجمه» > «درون‌يابي»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تفسير»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تحليل» > تحليل عناصر
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تركيب»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «درون‌يابي»
  اهداف آموزشي در حوزه‌ي عاطفي
    - «دريافت كردن (توجه)» > «آگاهي»
  نتايج مورد نظر 
    - آشنايي با نظريه‌ي ريسمان
    - آشنايي با گرانش كوانتمي
    - نظريه‌ي ريسمان
    
 محتواي آموزشي
    - كاربردهاي نظريه‌ي ريسمان
    - آينده‌ي پژوهشي تظريه‌ي ريسمان
    - آشنايي با فيزيك نظري - ذرات و ريسمان  
    - شتابدهنده‌هاي ذرات
    - گرانش در ابعاد كوانتمي

ريسماني براي رهايي

و حالا باتوجه به بحث‌هايي كه كرديم زمان آن مي‌رسد كه نظريه‌ي ريسمان وارد عمل شود. اين نظريه پيشنهاد مي‌كند كه كوچك‌ترين مقياسي وجود دارد نامحدود هم نيست. مي‌توانيم به‌سوي ابعاد كوچك‌تر برويم ولي كوچك‌تري‌ دركار نيست. اين نظريه ثابت مي‌كند كه قطعات ساختار طبيعت نقطه‌‌اي نيستند، بلكه ريسمان هستند و بعد طول دارند. و اين بُعد نشان مي‌دهد كه كوچك‌ترين مقياسي است كه ما مي‌توانيم دنيا را ببينيم.

در ذرات بنيادي و ابزار تجربي آن يعني شتاب‌دهنده‌ها فيزيكدانان همواره به دنبال ذرات بنيادي‌تر از كوارك‌ها هستند. در اين حين ذرات زيادي هم كشف مي‌شوند كه بسياري از آن‌ها را فيزيكدانان ذرات بنيادي در نظريه كشف كرده‌اند. يكي از به يادماندني‌ترين نمونه‌ها كشف ضدماده و نوترينو بود كه دو فيزيكدان بي‌نظير و بزرگ تاريخ فيزيك يعني «پل ديراك» و «ولفگانگ پأولي» در مكانيك كوانتم و اندركنش‌‌‌هاي انرژي‌هاي بالا آن را پيش‌بيني كردند. هم اكنون فيزيكدانان نظري و ذرات و كيهان‌شناسي به دنبال ذرات و ميدان‌هايي هستند كه پيش‌بيني‌هاي فيزيك نوين را به تجربه نشان دهد. 

 

کدام یک مزیت های بیش‌تری دارند؟

 جواب این است که ریسمان‌ها می‌توانند نوسان هم داشته باشند. در حقیقت آن‌ها می‌توانند مرتعش شوند؛ در تعداد نامحدودی از راه‌های متفاوت این یک پدیده‌ی طبیعی در موسیقی است.

تصور ما این است که هر صدای منفرد در یک قطعه موسیقی توسط یک ابزار تولید می شود؛ در حالی که مجموعه ای باشکوه از صداهای منتوع را حتی یک ویولن هم می تواند ایجاد کند. نظریه ی ریسمان برمبنای چنین فرضی است. ذرات ونیروهای مختلف دقیقاً ارتعاش‌هاي ریسمانهای بنیادی در یک گروه به شکلهای متفاوت هستند.

ریاضیات پشت نظریه‌ی ریسمان طولانی و پیچیده است، ولی جزییات زیادی را شامل می شود. ولی آیا هر دانشمندی این قبیل ریسمان ها را دیده است؟

جواب صادقانه این است : نه! تخمینی که برای اندازه‌ی آن‌ها زده می شود حدود 10-34 متر است. در نتیجه بسیار کوچک تر از آن است که ما با ابزارهای کنونی بتوانیم به آن دست یابیم (حتی در سرن). زیبایی ریاضیاتی و توضیحات دقیق آن باعث پذیرش‌اش توسط دانشمندان شده است؛ این تنها راه برای ترکیب گرانش و مکانیک کوانتم است.



پیشگویی های نظریه ی ریسمان

اگر نظریه ی ریسمان واقعاً یک مدل دقیق فضا- زمان می باشد. پس درباره ی چه چیز دیگری درباره ی جهان به ما می‌‌گوید؟ یکی از تکان دهنده‌ترین و مهم‌ترین پیش گویی ها این است که فضا- زمان 4 بعدی نیست. بلکه 10 بعدی است. فقط در 10 بعد از فضا-زمان است که نظریه ی ریسمان کار می کند. بنابراین 6 بعد اضافی کجا هستند؟ عقیده بر این است که ابعاد پنهان در حقیقت مسأله ای بود که پیش از ظهور نظریه ی ریسمان توسط تئودور کالوزا (آلمان) و اسکار کلاین (سوئد) پیشنهاد شد.

منظره‌ی هوایی محل سرن  درست در بیرون ژنو. شتابدهنده‌های زیرزمینی ذرات (با محیط 27 و 7 کیلومتر). این امکان را به دانشمندان می دهد که مقیاس های کوچک را با دقتها و ابزارهای به روزتری بنگرند. اخیرا برنامه های بسیاری برای سرن در نظر گرفته شده و ابزارها و ساختمان های دیگری به شتابدهنده اضافه شده است.





به طور خلاصه بعد از آینشتاین که خمش فضا- زمان را در نسبیت عام مطرح می کند، «کالوزا»و «کلاین» به این نتیجه رسیدند که اگر یک بعد فضایی خمیده شود، منحنی تشکیل می دهد و دوباره روی خودش خمیده می شود و شکل نهایی یک دایره است!؟




اندازه‌ی این دایره می تواند خیلی کوچک باشد، شاید آنقدر کوچک که اصلا دیده نشود. پس این ابعاد به‌راحتی از دید ما می توانند پنهان بمانند. «کالوزا» و «کلاین» نشان دادند که علی رغم این که این ابعاد هنوز می‌توانند اثری بر عالم قابل مشاهده هم داشته باشند. الکترومغناطیس نتيجه‌اي از دايره‌هاي پنهان است كه در بعد اضافي كه بار الكتريكي در آن قرار دارد، حركت مي‌كند. دليلي ندارد كه ابعاد پنهان را غيرممكن فرض كنيم! به‌وسيله‌ي آن‌ها مي‌توانيم همه‌ي نيروها را در ابعادي كه در آن زندگي مي‌كنيم و براي ما قابل مشاهده هستند، ببينيم.

نظريه‌ي ريسمان فرض «كالوزا» و «كلاين» را نيز پذيرفته و از آن استفاده مي‌كند. در حال حاضر تلاش‌هاي زيادي در آزمايش‌ها براي مشاهده‌ي ابعاد پنهان انجام مي‌شود. يكي از اميدهاي فيزيكدانان اين است كه ابعاد اضافي تابش زمينه‌ي كيهاني را نيز تأييد كنند. اين تابش از انفجار بزرگ باقي مانده كه خود راهي است براي بررسي ابعاد اضافي.

ساير آزمايش‌ها بي‌واسطه هستند. مثلاً گرانش قطعاً به تعداد ابعاد بستگي دارد. بنابراين با مطالعه‌ي نيروهاي گرانشي در فواصل كوتاه خود راهي هستند براي رديابي خطاهاي فيزيك نيوتني و مشاهده‌ي ابعاد اضافي.

رياضيات و فيزيك هميشه‌ بر يكديگر تأثير دارند. با استفاده از رياضيات نوين كه توسط فيزيكدانان ابداع شده و مي‌شود، طبيعت توصيف مي‌شود و رياضيات كهن نيز توضيح كاملي از بسياري پديده هاي طبيعي را در خود دارد. هندسه كليد اصلي درك ابعاد پنهان در رياضيات است. به‌خصوص در فاصله‌ي كمينه كه در ريسمان و اصل عدم قطعيت با آن روبرو هستيم. روش‌هايي كه ريسمان ها مي‌توانند شكافته شوند، به‌هم بپيوندند و پاسخ اين سؤال كه چگونه مي‌توانيم ريسمان‌ها در دنياي مشاهده پذير به ذرات نسبت بدهيم.





نظريه‌ي ريسمان به ما ديدگاهي مهيج از طبيعت مي‌دهد. ذراتي ريسمان شكل در حال ارتعاش در فضا و خميده در ابعاد پنهان! همه‌ي مفاهيم اين فرضيه‌ها درك شده‌اند. نظريه‌ي ريسمان محيطي فعال براي تحقيق صدها نفر محقق فعال در تمامي مقاطع فيزيك فراهم آورده و همگي در تلاش براي درك چگونگي توصيف دنياي اطراف‌مان با استفاده از اين نظريه هستند؛ فيزيك همچنان گسترش مي‌يابد و با كشف‌هاي جديد نظري و تجربي وارد قرن21 شده است. با توسعه‌ي فيزيك سؤالات بيش‌ از كشف‌ها شده‌اند. ولي در كيهان‌شناسي و ذرات بنيادي با دنياي شگفت انگيزي را به‌ كمك اصول فيزيك روبرو خواهيم بود. شايد نيوتن دنياي آينشتاين را هرگز در ذهن‌اش تصور نمي‌كرد. و آينشتاين هم شايد تصوري از نسبيت عام مدرن نداشت! و اين روند همچنان ادامه دارد...





منابع مفيد

    1. www.superstringtheory.com اين وب سايت كه مدت‌هاست به عنوان سايت محتوايي نظريه‌هايي چون ريسمان،‌سياه‌چاله‌ها و نسبيت مي‌پردازد، يك ويژگي بسيار جالب دارد؛ شما مي‌توانيد دو سطح عادي و پيشرفته را انتخاب كنيد. در اين صورت متن مطابق سطح علمي شما (تقريباً) قابل مشاهده است. در اين وب سايت مي‌توانيد رياضيات پايه را نيز كه در مورد استفاده قرار گرفته مطالعه كنيد. ولي سطح مطالب از رياضيات دوره‌ي كارشناسي فراتر نمي‌رود.
    2. http://public.web.cern.ch سرن يكي بزرگترين مركز تحقيقاتي فيزيك ذرات بنيادي و مجهزترين آزمايشگاه فيزيك انرژي‌هاي بالاست. اين آزمايشگاه و مدرسه‌ي فيزيك ذرات با سرمايه‌گذاري بسياري از كشور‌ها، حتي ايران هر روز در حال تغيير و تجهيز است.‌
    3. http://en.wikipedia.org/wiki/String_theory دايره المعارف ويكيپديا هم درباره‌ي ريسمان‌ها، گرانش كوانتمي و غيره مطالبي دارد. شايد مراجعي كه معرفي كرده، بسيار مفيدتر از متن واقع شوند. زيرا هم‌چون متني كه در زنگ تفريح آمده خلاصه است.
    4. http://www.fnal.gov آزمايشگاه فرمي در آمريكا هم با قدمتي در كه در زمينه‌ي ذرات بنيادي و ساخت و بهره برداري از شتابدهنده‌هاي سيكلوترون دارد (1967 تاكنون) باني بسياري از كشف‌هاي ذرات بنيادي از جمله ضدماده ، ذرات پرانرژي هسته‌اي و بالخص كوارك‌ها بوده است. در حال حاضر قدرتمندترين شتابدهنده‌ي ذرات در فيزيك انرژي‌هاي بالاست‌. در حال حاضر غير از ذرات بنيادي و بررسي مدل استاندارد ذرات، اخترفيزيكدانان انرژي‌هاي بالا و كيهان‌شناسان در اين مركز مشغول بررسي مدل‌هاي نظري خود هستند.
     

    5. فراسوي آينشتاين؛ كتابي است عامه فهم درباره‌ي نسبيت و توسعه‌ي فيزيك بعد از آن. اين كتاب صرفا براي آشنايي و نه درك مفاهيم فيزيك نوين مناسب است.

    6. اَبرفضا؛ اين كتاب را يكي از فيزيكدانان نظري نوشته كه خود نيز در نظريه‌ي ريسمان صاحب نظر است. همچنان كه كتاب‌هاي عام فهم را براي فهم مطالب توصيه نمي‌كنم، اين كتاب هم شامل اين موضوع مي‌شود. زيرا فقط قوه‌ي تخيل خواننده را فعال مي‌كند تا به‌تواند از موضوع‌هاي مورد بحث ديدگاه كُلي داشته باشد.

«توجه: زماني‌كه درباره‌ي نسبيت و نيز مباني و اصطلاحات فيزيك كوانتم مطالبي را بنويسم، به منابع لازم براي درك پايه‌هاي نسبيت هم اشاره‌ مي‌كنم. چند منبع علمي و مفيد دراين‌باره در زنگ تفريح قبلي معرفي شد.»

1387/1/11لينک مستقيم

فرستنده :
پیمان HyperLink HyperLink 1388/3/12
مـتـن : واقعا عالی بود اگه میشه یه کم به ریاضیات مساله بپردازید
پاسـخ : پيمان عزيز حتماً به مباني رياضيات ريسمان و فرقش با فرم رياضياتي كوانتم اشاره‌اي مي‌كنيم. و البته اگر وقت شد و فضاي كافي براي كار داشتيم مباني كوانتم رو به صورتي كه چه اصولي بران حاكم هستند بايد اشاره كنيم.

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1384
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1384