علوم و فنون جدید

 نظرسنجي شماره 1
در مورد كدام‌يك از موضوعات مطرح شده مايل به كسب اطلاعات بيشتر هستيد؟






ارائه نظر 
 نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم)
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم)
براساس اين نظريه‌ ذرات بنياديني كه مثلاً در شتاب‌دهنده‌ها مشاهده مي‌كنيم - مثل نت‌هاي موسيقي – حالت‌هاي برانگيخته‌ي يك ريسمان بنيادي هستند. در نظريه‌ي ريسمان – درست مثل وقتي كه گيتار نواخته مي‌شود- ريسمان بايد تحت يك تنش مشخص قرار بگيرد تا برانگيخته شوند.



نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم)


به ‌لحاظ تاريخي نظريه‌ي ريسمان به ‌عنوان توضيحي براي رابطه‌ي مشاهده شده بين جرم و اسپين ذرات ويژه‌اي به‌ نام هادرون (hadron) كه شامل پرتن و نوترن است پيشنهاد شد. اين‌جا نظريه‌ كار نمي‌كرد ولي سرانجام الكتروديناميك كوانتومي (Quuantum Electrodynamics) – نظريه‌اي كه برهم‌كنش ‌هاي ميان كوارك‌ها و برهم‌كنش‌هاي ميان پرتن‌ها و نوترن‌ها را در چارچوب نظريه‌ي كوانتم توصيف مي‌كند- نظريه‌ي بهتري براي هادرون‌ها اثبات كرد.
همان‌طور كه پيش‌تر ديديم اگر نظريه‌ي كوانتومي‌ خوبي براي گرانش موجود باشد، گراويتون مي‌تواند  جرم صفر و اسپين 2 داشته باشد. اين موضوع  پيش‌گامان نظريه‌ي ريسمان را بر آن ‌داشت كه اين نظريه را نه‌تنها براي توصيف رفتار هادرون‌ها بلكه به‌عنوان يك نظريه‌ي گرانش كوانتومي (همان آرزوي ديرين فيزيك نظري)  در تلفيق گرانش و ذرات  معرفي كنند.



بالاخره نظريه‌ي ريسمان چيست!؟




گيتاري را در نظر بگيريد. حتماً مي‌دانيد كه آلات موسيقي زهي زماني صداي خوبي خواهند داشت كه كوك شده باشند. يعني تاحد مشخصي كشيده شده باشند. بسته به اين ‌كه اين تارها چه‌قدر كشيده شوند و چه‌مقدار تنش را تحمل كنند، نت‌هاي موسيقي متفاوتي توليد مي‌شود كه اين نت‌ها را مي‌توان حالت‌هاي برانگيخته‌ي تار كشيده شده‌ي گيتار دانست.
ادعاي نظريه‌ي ريسمان نيز كمابيش همين است. انديشه‌‌ي نهفته در نظريه‌ي ريسمان اين است كه همه‌ي انواع ذرات بنيادين مدل استاندارد تنها نمودهايي از يك شيئ بنيادي‌تر هستند: يك ريسمان.
چگونه؟ به عنوان مثال الكترون را كه ذره‌اي بدون ساختار داخلي (يعني مثل يك نقطه است!) است، در نظربگيريد. يك نقطه تنها كاري كه مي‌تواند انجام دهد اين است كه حركت كند. ولي اگر نظريه‌ي ريسمان درست باشد، آن‌گاه در زير ميكروسكپ خيلي خيلي خيلي قوي مي‌توانيم ببينيم كه الكترون در واقع يك نقطه نيست. بلكه يك حلقه‌ي كوچك ريسماني است. يك ريسمان مي‌تواند غير از حركت كارهاي ديگري نيز انجام دهد. مثلاً مي‌تواند به روش‌هاي مختلف  نوسان كند. اگر به صورت  خاصي نوسان كند ما آن را يك الكترون مي‌بينيم و اگر به  صورت‌هاي  ديگري نوسان كند آن را يك فوتون، يك كوارك، يا ... مي‌بينيم. بنابراين اگر نظريه‌ي ريسمان درست باشد، تمام هستي از ريسمان درست شده است.
براساس اين نظريه‌ ذرات بنياديني كه مثلاً در شتاب‌دهنده‌ها مشاهده مي‌كنيم - مثل نت‌هاي موسيقي – حالت‌هاي برانگيخته‌ي  يك ريسمان بنيادي هستند. در نظريه‌ي ريسمان – درست مثل وقتي كه گيتار نواخته مي‌شود- ريسمان بايد تحت يك تنش مشخص قرار بگيرد تا برانگيخته شوند. اما ريسمان‌ها در نظريه‌ي ريسمان در فضازمان شناور هستند و انتهاي آن‌ها به‌ گيتار بسته نشده است با اين وجود تنش دارند. تنش در نظريه‌ي ريسمان با كميت ( 'p1/2p?)   مشخص مي‌شود كه در آن 'a» ، a پريم» تلفظ مي‌شود و برابر با مربع طول ريسمان است.
اگر نظريه‌ي ريسمان نظريه ي گرانش كوانتومي خوبي باشد اندازه‌ي متوسط يك ريسمان بايد در حدود اندازه‌ي طول گرانش كوانتومي كه طول پلانك ناميده مي‌شود و حدود 33-10 سانتي متر است . تصوري از اين طول داريد؟ اين طول حدود يك ميليونيم  ِ يك ميليارديم  ِ يك ميليارديم  ِ يك ميليارديم  ِ يك سانتي متر است!!
متاسفانه، اين به اين معنا ست كه ريسمان‌ها خيلي خيلي كوچك‌تر از اين هستند كه با فناوري‌هاي كنوني فيزيك ذرات قابل ديدن باشند و بنابراين ريسمان‌كارها به جاي تلاش براي مشاهده‌ي مستقيم اين ريسمان‌ها بايد روش‌هاي هوش‌مندانه‌تري براي آزمودن اين نظريه در آزمايش‌ها ي ذرات به‌كار گيرند.


شايد برجسته‌ترين چيز در مورد اين نظريه اين باشد كه چنين ايده‌ي ساده‌اي كار مي‌كند و حتا مي‌توان آن را به عنوان تعميمي براي مدل استاندارد در نظرگرفت. يعني مي‌توان مدل استاندارد را كه به لحاظ تجربي با دقتي باورنكردني اثبات شده‌است ، به‌ عنوان حالت خاصي از اين نظريه‌ در نظر گرفت.
ممكن است گفته شود كه تا اين تاريخ هيچ شاهد تجربي مستقيمي كه نشان دهد نظريه‌ي ريسمان توصيف درست طبيعت است  وجود ندارد. اين موضوع اساساً به اين خاطر است كه نظريه‌ي ريسمان هنوز در حال توسعه است. ما بخش‌هاي كوچكي از آن را مي‌شناسيم ولي تاكنون تمام تصوير را نديده‌ايم و  بنابراين نمي‌توانيم پيش‌بيني‌هاي قطعي و روشني داشته باشيم. در سال‌هاي اخير، پيش‌رفت‌هاي چشم‌گيري رخ داده است كه دانش و فهم ما را به‌طور ريشه‌اي نسبت به اين دانش ارتقا داده است.
نظريه‌هاي ريسمان بنابر اين‌كه ريسمان‌ها  حلقه‌هايي باز باشند يا بسته ويا اين‌كه آيا طيف ذرات شامل فرميون‌ها باشد يا نه  طبقه‌بندي مي‌شوند.
براي آن‌كه  فرميون‌ها در نظريه‌ي ريسمان گنجانده شوند بايد وجود نوع خاصي از تقارن  به نام ابرتقارن مفروض باشد. براساس اين تقارن جديد به‌ازاي هر بوزون (ذره‌اي با اسپين صحيح كه نيرو را جابه‌جا مي‌كند)  يك فرميون متناظر (ذره‌اي با اسپين نيمه صحيح كه ماده را مي‌سازد) وجود دارد. به كمك تحليل رياضي به سرعت مشخص مي‌شود كه ذرات بنيادي شناخته شده‌ تحت ابرتقارن شريك يكديگر نيستند. بنابراين به‌جاي فرض اين كه ابرتقارن بوزون‌ها و فرميون‌ها را به هم مربوط مي‌كند مي‌توان فرض ‌كرد ابرتقارن بوزون‌ها و فرميون‌هاي شناخته شده را به بوزون‌ها و فرميون‌هايي كه تاكنون شناخته نشده‌اند ، مرتبط  مي‌كند. اين بي‌درنگ تعداد ذرات در باغ وحش ذرات را دوبرابر مي‌كند و نيزما را وادار مي‌كند به دنبال توجيهي براي نيمي از ذرات كه ناشناخته‌اند بگرديم. ولي در هر حال با فرض وجود ابرتقارن بسياري از مشكلات حل مي‌شود.
هرچند همتاهاي ابرتقارني ذرات شناخته‌شده‌ي كنوني تا امروز در آزمايش‌گاه ديده نشده‌اند نظريه‌پردازان معتقدند ذرات ابرتقارني پرجرم‌تر از آن‌ هستند كه با شتاب‌دهنده‌هاي كنوني آشكار شوند.
گواه تجربي وجود ابرتقارن در انرژي بالا ممكن است گواه قانع‌كننده‌اي باشد كه نظريه‌ي ريسمان مدل رياضي خوبي براي طبيعت در كوچك‌ترين مقياس‌هاي فاصله است.



چند نظريه‌ي ريسمان وجود دارد؟




چند روش براي ساختن نظريه‌ي ريسمان وجود دارد. با بنيادي‌ترين چيز آغاز مي‌كنيم: يك ريسمان خيلي خيلي كوچك كه مانند كرم جابه‌جا مي‌شود. اين ريسمان مي‌تواند باز يا بسته باشد. در عين حال نظريه‌ي مذكور مي‌تواند فقط به بوزون‌ها منحصر باشد يا فرميون‌ها را نيز دربربگيرد. اگر بخواهيم ريسمان‌ها ماده را نيز توصيف كنند به اين نتيجه مي‌رسيم كه به ابرتقارن احتياج داريم واين يعني تناظري يك به يك بين بوزون‌ها و فرميون‌‌ها وجود دارد. يك نظريه‌ ي ريسمان ابرتقارني،نظريه‌ي ابرريسمان ناميده مي‌شود. 

                


درنظريه‌ي ريسمان بوزوني تعداد ابعاد فضا زمان 26 تا بدست مي‌آيد. با فرض وجود ابرتقارن اين تعداد به 10 تا كاهش پيدا مي‌كند. ما سه بعد زماني و يك بعد زمان را مي‌شناسيم ولي با 6 بعد ديگر چه كنيم؟ چند توجيه براي حل مشكل ابعاد ناشناخته وجود دارد. صبور باشيد به‌موقع در اين مورد هم صحبت مي‌كنيم. 
5 نوع نظريه ي ريسمان وجود دارد كه در جدول زير نشان داده شده است:

نوع 

بعد فضازماني

جزئيات

بوزوني 

26

تنها بوزون‌ها- هيچ فرميوني با آن توضيح داده نمي‌شود. بنابراين تنها منحصر به نيروهاست. ريسمانهاي باز وبسته، هردو، را شامل مي‌شود. ذره‌اي با جرم موهومي به‌نام تاخيون(tachyon) در آن وجود دارد.

I

10

ابرتقارن بين ماده و نيرو، باريسمان‌هاي باز وبسته، بدون تاخيون، گروه تقارني
(32)SO
 

IIA

10

ابرتقارن بين ماده ونيرو، فقط با ريسمان‌هاي بسته، بدون تاخيون 

IIB

10

ابرتقارن بين ماده ونيرو، با ريسمان‌هاي بسته، بدون تاخيون 

HO

10

ابرتقارن بين ماده و نيرو، ريسمان‌هاي بسته، بدون تاخيون، معناي حركت راست و چپ در آن متفاوت است، گروه تقارني (SO(32 

HE

10

ابرتقارن بين ماده ونيرو، ريسمان‌ هاي بسته، بدون تاخيون، حركت راست و چپ متفاوت، گروه تقارنيE8XE8




ابعاد ناشناخته




شايد اين مسئله  حيرت‌انگيزترين و شگفت‌انگيزترين عنصر اين نظريه است.براي تصور آن كه اين ابعاد اضافي چه هستند  دو روي‌كرد وجود دارد:
 يكي اين كه همه‌ي اين بعدهاي ناشناخته كنار ما هستند وتنها به شدت در هم پيچيده‌‌شده‌اند. يك شلنگ باغ‌باني بلند را در  تصور كنيد كه به صورت افقي و مستقيم  روي زمين قرار گرفته است. وقتي در فاصله‌ي دوري نسبت به اين شلنگ ايستاده‌ايم، آن‌را يك خط مستقيم بدون ضخامت مي‌بينيم. يعني تصور مي‌كنيم ان تنها يك بعد چپ-راست (در امتداد گسترش افقي) دارد. اما اگر كمي به آن نزديك‌تر شويم يا به كمك يك دوربين دوچشمي با درشت‌نمايي بالا به آن نگاه كنيم، ضخامت شلنگ در امتداد ساعت‌گرد-پادساعت‌گرد را نيز تشخيص خواهيم داد. ممكن است مشابه اين مسئله در مورد هستي پيرامون ما نيز مصداق داشته باشد. يعني ممكن است ابعاد بزرگ(مثل  امتداد افقي شلنگ) به راحتي ديده شوند ولي ابعاد كوچك‌تري نيز موجود باشند كه فعلاً هيچ ابزار درشت‌نمايي (مثل دوربين دوچشمي) براي آشكارسازي آن‌ها ساخته نشده است.

 روي‌كرد دوم اين است كه ابعاد اضافي كه ما آن‌ها را نمي‌بينيم ممكن است درست شبيه ابعاد ديگري كه مي‌بينيم باشند ولي تنها به اين دليل كه ما به واسطه‌ي نور اشيا را مي‌بينيم، از ديد ما پنهان مانده باشند. ممكن است نور در سه بعد قابل مشاهده‌ي ما به دام افتاده باشد و امكان گريز به ابعاد ديگر را نداشته باشد و به همين دليل ابعاد ديگر از ديد ما مخفي مانده اند. تنها نيرويي كه به دام نمي‌افتد گرانش است. اگر اين تصور درست باشد شايد يك روز بتوان اين ابعاد اضافي را از طريق گرانش آشكارساخت. هم‌اكنون آزمايش‌هايي براي رسيدن به اين مقصود در جريان است.
  
ما آموخته‌اين كه تلاش‌هاي پيشين براي يكي كردن گراويتون به دلايل فني كه مربوط به نظريه ي ميدان كوانتومي است شكست مي‌خورد.
آيا نظريه‌ي ريسمان آن‌قدر قدرت‌مند هست كه بر تمام كاستي‌ها چيره شود؟

مطالعه‌ي بيشتر:





1387/6/9لينک مستقيم

فرستنده :
آریا مهر محمدی(کلاس سوم راهنمایی) HyperLink HyperLink 1397/1/1
مـتـن : خیلی فوق العاده بود...مخصوصا برای کسانی که پیش زمینه ی مکانیک کوانتومی را تا اخر دبیرستان با علاقه مطالعه کرده باشند...اگه میشه می تونین مشکلاتی که نظریه ی ام و اف برطرف می کند(نسبت به تئوری ابر ریسمان)را ذکر کنید...
پاسـخ : سلام، ممنون البته مبانی فیزیک رو باید همه خوب یاد بگیرند و مراحل زیادی رو طی کنند تا بشود در مورد جزییات نظریه ریسمان هم حرف زد. هرچند مدل استاندارد ذرات فعلا خوب کار میکند.

فرستنده :
محمد کردستانی HyperLink HyperLink 1391/3/28
مـتـن : خوب ولی ما را در جریان یافته های جدید رسمان بگزارید
پاسـخ : سلام محمد جان، نظريه‌ي ريسمان چون فعلاً نظريه‌ است پيشرفتي هم نداره مگر در تجربه بتونيم به درست ياغلط بودنش پي ببريم و فعلا فناوري غير از شتابدهنده موجود در سرن وجد نداره. عده‌اي هم بصورت غيرمستقيم در اين مورد تحقيق ميكنند و دنبال شواهد تجربي هستند.

فرستنده :
نرگس HyperLink HyperLink 1391/3/28
مـتـن : سلام بازم تشکر می کنم
اما به عنوان یک معلم فیزیک برام جالبه بدونم این سه قسمت برای دانش آموزان قابل درک هست یا نه؟ خوبه دوستان که نظر می دهند بگویند که دانش آموزند یا دانشجو
پاسـخ :سلام نرگس عزيز، بخش‌هاي زيادي از مطلب ميتونه قابل فهم باشه. كتابهاي مختلفي كه به زبان ساده اين روزها در بازار كتاب هست رو بچه ها مطالعه ‌مي‌‌كنند. منتهي تجربه خود من نشون داده كه بعد از مدت كوتاهي اگر خاطر نشان نكنيم براي مطالعه‌ي علمي ريسمانها و حتي اخترفيزيك و كليات فيزيك، دبير راهنمايي نكنه كه چه مسيري بايد طي بشه، دانش‌آموز تصور ميكنه واقعا نظريه رو فهميده و اين از نظر آموزشي مسئله‌سازه

فرستنده :
مصطفی مصطفوی HyperLink HyperLink 1391/3/28
مـتـن : هر چی محمد قنبری بگه همون!!!!!!!!!!!!!!

فرستنده :
محمد قنبری HyperLink HyperLink 1391/3/28
مـتـن : مطلب بسیار خوب بود و من خیلی استفاده کردم

فرستنده :
فرهاد HyperLink HyperLink 1389/2/8
مـتـن : کمک شایان توجهی به من در فهم این نظریه جذاب کرد. از همگی شما ممنون

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

 فعاليت هاي علمي
 تماس با ما
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1835
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1835