نظریه ریسمان اثبات شد؟ دانشمندان قدمی بزرگ به سوی تایید نهایی برمیدارند

نظریه‌ی ریسمان: یک قدم نزدیک‌تر به تایید

نظریه‌ی ریسمان، که بیش از پنجاه سال پیش به عنوان یه چارچوب برای توضیح چگونگی شکل‌گیری ماده مطرح شد، هنوزم به شکل یه “چیزی که میشه ثابتش کرد” اما غیرقابل دسترس باقی مونده. اما حالا، یه گروه از فیزیکدان‌ها یه پیشرفت مهم در تأیید نظریه‌ی ریسمان داشتن و از یه روش ریاضیِ نو استفاده کردن که نشون میده، این نظریه چقدر حتَمیه.

نظریه‌ی ریسمان اینطوری توضیح میده که اجزای بنیادى طبیعت، ذرات نیستن، بلکه رشته‌های یک‌بعدی هستن که میلرزن. این لرزش‌ها با فرکانس‌های مختلف اتفاق میفته و نوع ذره‌ای که درست میشه رو مشخص میکنه. این قضیه شبیه اینه که چطور لرزش‌های یه ساز زهی باعث میشن نت‌های موسیقی مختلفی شنیده بشن.

یه سوال اساسی در مورد نظریه‌ی ریسمان

در این مطالعه که تو مجله‌ی Physical Review Letters چاپ شده، محققان دانشگاه نیویورک و کلتک این سوال رو مطرح کردن: “سوالِ ریاضی که نظریه‌ی ریسمان تنها جوابشه، چیه؟” این روش برای فهم فیزیک، به اسم بوت‌استرپ شناخته میشه که شبیه این مثاله که “خودت رو از رو زمین بلند کن”؛ یعنی، نتایج رو بدون نیاز به کمک یا اطلاعات اضافی به دست بیاریم.

قطعیّت ریاضیاتی در فیزیک

بوت‌استرپ به فیزیک‌دانا این امکان رو میده که بفهمن چرا نسبیت عام و نظریه‌های مختلف درباره‌ی ذرات – مثل تعامل بین گلوئون‌ها داخل پروتون‌ها – از نظر ریاضی حتمی هستن: چون تنها ساختارهای ریاضیاتی هستن که با شرایط خاصی سازگار میشن.

این پیشرفت‌ها توی نظریه‌ی ریسمان میتونن به یه فهم عمیق‌تر از ساختارهای اصلی طبیعت و ارتباط بین ذرات کمک کنن. اینطوری، به سوال‌های خیلی بزرگ‌تری تو فیزیک میتونیم جواب بدیم.

پاسخ به سوالاتی درباره‌ی نظریه‌ی ریسمان

با این حال، یه سوال که قبلاً برای نظریه‌ی ریسمان جواب داده نشده بود، اینه: چه چیزهایی باعث میشه این نظریه از بین تموم نظریه‌های دیگه، منحصر به فرد بشه؟ تو مقاله‌ای که تو Physical Review Letters چاپ شده، دانشمندا یه راهی برای ساخت آمپلیتودهای رشته‌ای پیدا کردن؛ اونم با درست کردن فرمول‌های ریاضیاتی. این گروه با اعمال شرایط ریاضیاتی خاص روی فرمول‌های آمپلیتودهای پراکندگی – که نحوه تعامل ذرات و در نهایت شکل‌گیریشون رو توضیح میده – فهمیدن که آمپلیتودهای نظریه‌ی ریسمان به عنوان تنها جواب سازگار، ظاهر میشن.

گرنت رمن، که بعد از دکتراش توی مرکز کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات دانشگاه NYU کار میکنه و یکی از نویسنده‌های این مقاله هست، میگه: “این مقاله برای اولین بار داره به این سوال نظریه‌ی ریسمان جواب میده.” اون ادامه میده: “حالا که این شرط‌های ریاضیاتی شناخته شدن، ما یه قدم به این نزدیک‌تر شدیم که بفهمیم آیا و چرا نظریه‌ی ریسمان باید جهان ما رو توضیح بده.”

نویسنده‌های این مقاله، که شامل کلیفورد چونگ، استاد فیزیک نظری در کلتک، و آرون هیلمن، پژوهشگر بعد از دکتری در کلتک میشن، اضافه میکنن که این پیشرفت ممکنه به فهم بهتر گرانش کوانتومی کمک کنه – که هدفش اینه که نظریه‌ی نسبیت اینشتین، که گرانش رو تو اندازه‌های بزرگ توضیح میده، رو با مکانیک کوانتومی که رفتار ذرات رو تو ریزترین اندازه‌ها نشون میده، آشتی بده.

رمن توضیح میده: “این روش یه حوزه‌ی جدید برای مطالعه‌ی منحصر به فرد بودن آمپلیتودهای رشته‌ای باز میکنه. توسعه‌ی ابزارهایی که تو تحقیقاتمون استفاده شد، میتونن برای بررسی تغییرات نظریه‌ی ریسمان استفاده بشن و به ما این اجازه رو میدن که یه فضایی از احتمالات رو برای گرانش کوانتومی ترسیم کنیم.”

این تحقیق با کمک مالی از طرف وزارت انرژی آمریکا (DESC0011632) انجام شده.