مقاله ها
نویسنده : دكتر داوود افشار
بازدید : 1318
گرانش كوانتومی(مختصری بر نظریه تار یا ابر ریسمان)
گرانش كوانتومی(مختصری بر نظریه تار یا ابر ریسمان)
در ابتدای قرن بیستم دو نظریه ی مهم در فیزیک پایه گذاری شد، مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت. بر خلاف موفقیت های فراوانی که هر کدام از این نظریه ها به طور جداگانه بدست آوردند، با یکدیگر ناسازگار به نظر می رسیدند. این تناقض در قلب فیزیک نظری همچنان یکی از جنجالی ترین مطالب علم است.



در ابتدای قرن بیستم دو نظریه ی مهم در فیزیك پایه گذاری شد، مكانیك كوانتومی و نظریه نسبیت. بر خلاف موفقیت های فراوانی كه هر كدام از این نظریه ها به طور جداگانه بدست آوردند، با یكدیگر ناسازگار به نظر می رسیدند. این تناقض در قلب فیزیك نظری همچنان یكی از جنجالی ترین مطالب علم است.

نظریه نسبیت عام در محاسبه ی دقیق گرانش موفق عمل می كند. اگر در میدان گرانش، مكانیك كوانتومی را به كار بگیریم، به گرانش كوانتومی دست می یابیم. در نگاه اول ساختن نظریه گرانش كوانتومی مشكل تر از نظریه ی الكترو دینامیك كوانتومی به نظر نمی رسید. الكترو دینامیك كوانتومی نیم قرن پیش ابداع شد. اساس QED یا همان الكترو دینامیك كوانتومی توصیف نیروهای الكترو مغناطیسی بر حسب تبادل ذراتی است كه آنها را فوتون می نامیم. به عبارت دیگر فوتون كوانتای میدان الكترومغناطیس است. این فوتون ها گسیل شده و بلافاصله جذب می شوند. در نتیجه گسیل و جذب فوتون ها انرژی و تكانه ذرات ثابت نمی ماند. بنابر این دافعه ی الكتروستاتیك بین دو الكترون را می توان در نتیجه ی گسیل فوتون از یك الكترون و جذب آن توسط الكترون دیگر دانست.

به طور مشابه می توان جاذبه ی گرانشی بین دو جسم را در نتیجه ی تبادل گراویتون ، یعنی كوانتای میدان گرانشی ، دانست. این واقیعت كه تا كنون گراویتون توسط هیچ وسیله ای آشكار نشده است، چندان تعجب آور نیست، چون نیروی گرانشی بسیار ضعیف تر از نیروهای مغناطیسی و الكتریكی است. ثابت می شود كه تبادل گراویتون بین جرم های نقطه ای باعث ایجاد میدان گرانشی با قانون معروف عكس مجذور فاصله می شود.

 

اما هنگامی كه فرآیند های پیچیده تر ، كه در آنها تعداد زیادی گراویتون وجود دارند، در نظر گرفته می شود مشكلی به وجود می آید. یك فرق مهم بین میدان گرانشی و الكترومغناطیسی وجود دارد. میدان گرانشی غیر خطی است. این غیر خطی بودن از آنجا ناشی می شود كه میدان گرانشی شامل انرژی است و این انرژی دارای معادل جرم است كه میان ان جرم ها مجددا نیروی گرانشی وجود دارد. به زبان كوانتومی این مطلب بر این نكته دلالت دارد كه گراویتون ها با گراویتون های دیگر اندركنش می كنند، در حالی كه فوتون ها با بارهای الكتریكی و جریان ها اندركنش دارند و با هیچ فوتون دیگری اندركنش ندارند. چون بین گراویتون ها اندركنش وجود دارد می توان گفت كه ذرات مادی با شبكه ی پیچیده ای از گراویتون ها احاطه شده است كه حلقه های بسته ای را تشكیل می دهند، مانند یك درخت پر از شاخ و برگ.

در نظریه میدان كوانتومی حلقه های بسته نشانه ی درد سر می باشند و موجب تولید جواب های بی نهایت در محاسبه ی فرآیند های فیزیكی می شوند.در QED  این مسئله هنگامی به وجود می آید كه یك الكترون فوتونی را گسیل و مجددا جذب كند. بی نهایت های بدست آمده را با یك روش ریاضی با نام «باز بهنجارش» بر طرف می كنند. اگر این روش به درستی به كار گرفته شود، جواب های قابل قبولی به دست می آید.چون در QED  جواب های بی نهایت را می توان با این روش مشخص برداشت به ان یك نظریه ی «باز بهنجار پذیر» می گویند. روش یاد شده مجمو عه ای از اعمال ریاضی است كه برای برداشتن بی نهایت ها كافی است.

متاسفانه هنگامی كه مكانیك كوانتومی را در نسبیت عام به كار می گیریم چنین روشی وجود ندارد. بنابر این در این حالت نظریه بازبهنجار نا پذیر است. هر فرآیند شامل حلقه های بسته ی بیشتر و بیشتری از گراویتون ها خواهد بود كه موجب جملات بی نهایت بیشتری می شوند . وجود این جملات بی نهایت باعث می شود نظریه گرانش كوانتومی برای بررسی اكثر پدیده های طبیعی بی استفاده شود و این فكر را بوجود آورد كه چیزی اساسا در نظریه ی نسبیت عام یا مكانیك كوانتومی و یا هردو غلط است.

در چند دهه ی گذشته تلاش های زیادی برای گریز از بازبهنجارناپذیری در گرانش كوانتومی شده است.  برجسته ترین آنها نظریه « تار» یا « ابر ریسمان» است. این نظریه بر این فرض بنا شده است كه كوچكترین چیزی كه دنیای فیزیكی از آن ساخته شده است ذرات نیستند، بلكه تارهایی می باشند كه 20^10 بار كوچكتر از هسته ی اتم هستند.مدهای ارتعاشی مختلف این تارها را می توان به ذرات گوناگونی مانند الكترون ها ، كوارك ها، نوتریون ها، فوتون ها، گراویتون ها و دیگر ذرات نسبت داد. بین تار ها مانند ذرات اندركنش وجود دارد، اما وقتی فرآیندهایی كه شامل حلقه های بسته باشند مورد امتحان قرا گیرند، جواب هایی كه بدست می آیند دیگر بی نهایت نیست.

مقیاس انرژی ها در نظریه تار از مرتبه ی (بخوانید گیگا الكترون ولت) 19^10Gev است. این انرژی 17^10 بار بیشتر از انرژی است كه در حال حاظر بزرگترین شتاب دهنده های ذرات می توانند تولید كنند.بنابر این به نظر می رسد كه مشاهده ی ساختار ریسمانی ماده غیر ممكن باشد. فیزیك دانان نظری امید دارند كه در حد انرژی های كمتر و قابل دسترس بتوانند نظریه های فیزیكی آشنا تر مانند نسبیت عام، الكترومغناطیس،نیروهای ضعیف و قوی هسته ای و ذرات بنیادی آشنا را به عنوان تقریبی از نظریه تار بیرون بكشند. بنابر این نظریه ابر ریسمان یك توصیف پذیرفته شده از گرانش كوانتومی نیست، بلكه تلاشی برای وحدت نیرو ها و ذرات بنیادی است كه آلبرت انبشتین آرزوی تحقق آن را داشت.

متاسفانه تا كنون نظریه تار واحدی وجود ندارد و همچنین حد پایین انرژی واحدی نیز برآورده نشده است.

برای مدت ها این مسئله مانند یك مانع بزرگ می نمود اما در سال های اخیر یك راهكار ریاضی مجرد با نام « نظریه ی M» ساخته شده است و معلوم شده است كه این نظریه، نظریات ابر ریسمان كوناگون را در بر می گیرد.

هنوز زود است كه گفته شود نظریه ی M  در نهایت بین گرانش و كوانتوم آشتی ایجاد كند ، ولی اگر این نظریه مطابق انتظارات باشد می بایست واقعیت های بنیادی دنیای فیزیك را توضیح دهد. به عنوان مثال فضا- زمان چهار بعدی می باسیت از نظریه بیرون آید ، بدون آنكه خودمان آن را به نظریه بیفزاییم. نیروها و ذرات طبیعت نیز می بایست بر اساس خواص كلیدی شان مانند قدرت اندركنش ها و جرم هایشان توضیح داده شوند. به هر صورت تا زمانی كه نتوان در حد انرژی شتاب دهنده های موجود نظریه M را مورد امتحان قرار داد، این نظریه در حد یك تمرین زیبای ریاضی باقی خواهد ماند.

نویسنده: دكتر داوود افشار


طراحی وب سایتفروشگاه اینترنتیطراحی فروشگاه اینترنتیسیستم مدیریت تعمیر و نگهداریسامانه تعمیر و نگهداری PM سامانه جمع آوری شناسنامه کامپیوتر سیستم جمع آوری شناسنامه کامپیوتر سیستم مدیریت کلان IT طراحی وب سایت آزانس املاک وب سایت مشاورین املاک طراحی پورتال سازمانی سامانه تجمیع پاساژ آنلاین پاساژ مجازی

نام : *

پیغام : *