فیزیکدانان اعتبار نظریه ریسمان را تقویت کردند

نظریه ریسمان: پیشرفت‌های جدید در اعتبارسنجی

نظریه ریسمان، که بیش از ۵۰ سال پیش به عنوان چارچوبی برای توضیح تشکیل ماده مفهوم‌سازی شد، همچنان به عنوان یک پدیده “قابل اثبات” غیرقابل دسترس باقی مانده است. اما اکنون یک تیم از فیزیک‌دانان گام مهمی در تأیید نظریه ریسمان برداشته و از یک روش ریاضی نوآورانه استفاده کرده‌اند که به حتمیت آن اشاره می‌کند.

نظریه ریسمان بیان می‌کند که ابتدایی‌ترین اجزای طبیعت ذرات نیستند، بلکه رشته‌های یک‌بعدی لرزان هستند که با فرکانس‌های مختلف حرکت می‌کنند و نوع ذره‌ای که به وجود می‌آید را تعیین می‌کنند. این موضوع مشابه این است که چگونه لرزش‌های سازهای رشته‌ای مجموعه‌ای از نت‌های موسیقی را تولید می‌کنند.

سوال کلیدی در نظریه ریسمان

در این تحقیق که در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است، محققان دانشگاه نیویورک و کالتک سوال زیر را مطرح کردند: “سوال ریاضی که نظریه ریسمان تنها پاسخ آن است، چیست؟” این رویکرد برای درک فیزیک به عنوان بوت‌استرپ شناخته می‌شود، که یادآور ضرب‌المثل “خودت را از بند کفش‌هایت بالا بکش” است؛ به این معنا که نتایج را بدون کمک اضافی یا ورودی تولید کنیم.

حتمیت ریاضی در فیزیک

بوت‌استرپ به فیزیک‌دانان این امکان را می‌دهد که درک کنند چرا نسبیت عام و نظریه‌های مختلف ذرات – مانند تعاملات گلوئون‌ها درون پروتون‌ها – از نظر ریاضی حتمی هستند: زیرا آن‌ها تنها ساختارهای ریاضی سازگار تحت شرایط خاصی هستند.

این پیشرفت‌ها در نظریه ریسمان می‌توانند به درک عمیق‌تری از ساختارهای بنیادی طبیعت و روابط میان ذرات کمک کنند و به ما این امکان را می‌دهند که به سوالات بزرگتری در فیزیک پاسخ دهیم.

پاسخ به سوالات نظریه رشته‌ای

با این حال، سوالی که قبلاً برای نظریه رشته‌ای پاسخ داده نشده بود، این است که: چه معیارهایی به‌طور منحصر به فرد این نظریه را از مجموعه تمام نظریه‌های ممکن جدا می‌کند؟ در مقاله‌ای که در Physical Review Letters منتشر شده، دانشمندان راهی برای ساخت آمپلیتودهای رشته‌ای پیدا کردند؛ به‌ویژه با ایجاد فرمول‌های ریاضی. این گروه با اعمال شرایط ریاضی خاص بر روی فرمول‌های آمپلیتودهای پراش – که نحوه تعامل ذرات و در نهایت شکل‌گیری آن‌ها را توصیف می‌کند – دریافتند که آمپلیتودهای نظریه رشته‌ای به‌عنوان تنها پاسخ سازگار ظهور می‌کنند.

گرنت رمن، پژوهشگر پسادکتری در مرکز کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات دانشگاه NYU و یکی از نویسندگان این مقاله، می‌گوید: “این مقاله برای اولین بار به این سوال نظریه رشته‌ای پاسخ می‌دهد.” او ادامه می‌دهد: “حالا که این شرایط ریاضی شناخته شده‌اند، ما یک قدم به درک اینکه آیا و چرا نظریه رشته‌ای باید جهان ما را توصیف کند، نزدیک‌تر شده‌ایم.”

نویسندگان این مقاله، که شامل کلیفورد چونگ، استاد فیزیک نظری در کالتک، و آرون هیلمن، پژوهشگر پسادکتری در کالتک نیز می‌شوند، اضافه می‌کنند که این پیشرفت ممکن است به درک بهتر گرانش کوانتومی کمک کند – که به دنبال آشتی دادن نظریه نسبیت اینشتین، که گرانش را در مقیاس‌های بزرگ توضیح می‌دهد، با مکانیک کوانتومی است که رفتار ذرات را در کوچک‌ترین مقیاس‌ها توصیف می‌کند.

رمن توضیح می‌دهد: “این رویکرد یک حوزه جدید از مطالعه را در تحلیل منحصر به فرد بودن آمپلیتودهای رشته‌ای باز می‌کند. توسعه ابزارهایی که در تحقیقات ما مطرح شده‌اند، می‌تواند برای بررسی تغییرات نظریه رشته‌ای مورد استفاده قرار گیرد و به ما اجازه می‌دهد فضایی از امکانات برای گرانش کوانتومی ترسیم کنیم.”

این تحقیق با حمایت یک کمک‌هزینه از وزارت انرژی ایالات متحده (DESC0011632) انجام شده است.