ما هي نظرية الأوتار؟

من طرف **Admin** الخميس مايو 15, 2014 7:07 am

تُمثل أحد أهداف الفيزياء إيجاد نظريةٍ واحدة تُوحّد القوى الأربعة الموجودة في الطبيعة. تلك القوى هي: القوة الكهرومغناطيسية Electromagnetic Force، الجاذبية Gravity Force، والقوتين النوويتين القوية Strong Force والضعيفة Weak Force، فضلاً عن الفكرة الأهم التي تشغل بال الفيزيائيين طويلاً: إيجاد إطار يمكن عبره توحيد الميكانيك الكمومي مع النظرية النسبية.
القوتان المذكورتان أولًا مألوفتان بالنسبة لنا: فالكهرومغناطيسية هي القوة التي تُمسك بمغناطيس الثلاجة (المستعمل للتزيين)، بينما تُحاول الجاذبية سَحب الثلاجة نحو الأرض. أمّا القوة النووية القوية - أو الشديدة كما تعرف ببعض المراجع - فهي مسؤولةٌ عن الحفاظ على ارتباط الجزء المركزي للذرات (النواة)، في حين تتدخل القوة النووية الضعيفة عند تفكك تلك النوى، ويتم تعريف القوة النووية الضعيفة أيضاً وفقاً للنموذج المعياري على أنها القوة المسببة للتفاعل الضعيف Weak Interaction عند امتصاص أو إصدار البوزونات W و Z.
وفي حين تحقق النجاح الفعلي لأول محاولة توحيدية للقوى الأساسية الأربعة في سبعينيات القرن الماضي، عندما تم الإعلان عن اكتشاف "القوة الكهروضعيفة Electroweak Force" والتي تمثل المظهر المشترك للقوة النووية الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية، فإن قوة الجاذبية والقوة النووية الشديدة لا تزالا بعيدتين عن أي مظهر مشترك يجمعهما مع القوى الأساسية الأخرى.
وفي محاولةٍ لمُوازنة القوى الأربعة معاً، تمّ اقتراح الكثير من الأفكار والنظريات المُهمة. من النظريات الواعدة ضمن هذه النظريات الجديدة نجد نظرية الأوتار "string theory". ففي سعيٍ منها لتوحيد الجاذبية مع القوى الثلاثة الأخرى، تتطلب منّا نظرية الأوتار تغيير طريقة رؤيتنا للكون.
قبل أن نوضح ماهية النظرية، علينا أن نوضح أمراً هاماً: أحد المساعي التي يبحث عنها الفيزيائيون على الدوام هي الجواب على السؤال الجوهري : ما هو الجسيم الأساسي الذي تشكلت منه كل الجسيمات الأخرى؟ هذا السؤال يفترض أنه يوجد جسيم أساسي تشكلت وانبعثت عنه كافة الجسيمات الأخرى وصولاً لتركيب الذرات والجزيئات والأنسجة والخلايا وكل شيء. بالنسبة لنظرية النموذج المعياري، فإن هذا الجسيم هو جسيم هيغز-بوزون (والذي أعلن عن اكتشافه عام 2012). بالنسبة لنظرية الأوتار، الأمر مختلف قليلاً.
وفقاً للنظرية، فإن الوحدة الأساسية لتشكيل المادة - أي الجسيمات - هي أوتارٌ مُهتزة "vibrating strings" ويعود كل نمط من أنماط الاهتزاز إلى نوعٍ مُعين من الجسيمات. تُشابه الجسيمات المُختلفة النغمات الموسيقية المختلفة التي يمكن عزفها خلال حركة القوس على وتر الكمان. على أية حال، من المؤكد في الغالب أنّ أوتار نظرية الأوتار لن تكون كأوتار الكمان.
تتطلّب نظرية الأوتار أيضاً القبول بوجود أبعادٍ إضافية في الكون. نحن معتادون على الأبعاد الأربعة: فوق-تحت، أمام-خلف، يمين-يسار، إضافةً إلى الزمن. إلا أن نظرية الأوتار تتطلب وجود سبعة أبعاد إضافية! تخيل هذا الأمر: كونٌ بإحدى عشر بُعداً، أليس أمراً غريباً بالنسبة لنا؟ على الرغم من ذلك، يعتقد الكثير من الفيزيائيين أنّ هذه الأبعاد الإضافية مُمكنة الوجود وهناك سعيٌ حثيث لإيجاد طرقٍ ما لكشفها وإثبات وجودها.
أحد التعليلات المثيرة للجدل على فكرة الأبعاد الاحدى عشر هي فكرة "التفاف الأبعاد". ففي خطوةٍ نظرية تهدف لتفسير المعادلات الرياضية الواصفة لنظرية الأوتار، تم اقتراح أن هذه الأبعاد تلتف على بعضها البعض، ولا يمكن تمييزها على المستوى المرئي بالنسبة لنا، وإنما يمكن تمييزها على مستوى الأوتار المهتزة نفسها!
وعلى الرغم من انتشارها الواسع، إلا أن نظرية الأوتار تلقى نقداً شديداً من العديد من الفيزيائيين المرموقين، مثل شيلدون غلاشو الذي يعتقد أن نظرية الأوتار مجرد "هراء" رياضي. السبب الأساسي بانتقاد نظرية الأوتار هو تعقيد توصيفها الرياضي، والتفسيرات الخيالية التي تطرحها للواقع الذي نعيش به. وفضلاً عن كل شيء، لا يوجد إلى اليوم أي دليل تجريبي يثبت صحتها.
يُعد السعي إلى توحيد قوى الطبيعة الأربعة واحداً من أكثر مجالات الفيزياء إثارةً وأتمنى أن أكون موجوداً إذا ما كان هناك نجاح، سواءً تعلق الأمر بنظرية الأوتار أو بأي مُرشحٍ آخر.
من ناحية أخرى، تُوجد امكانية بعدم وجود أي نظرية يُمكنها وصف كل قوى الطبيعة بطريقةٍ أنيقة ومُنظمة كما نريدها.
مها كانت النتيجة، فإن العُلماء من كافة أنحاء العالم يعملون معاً من أجل اكتشاف ما هي طبيعة النظرية النهائية لكل شيء.

المصدر:
http://www.physics.org/article-questions.asp?id=47
للمزيد حول نظرية الأوتار:
http://en.wikipedia.org/wiki/String_theory
http://www.nuclecu.unam.mx/~alberto/physics/string.html
http://science.howstuffworks.com/science-vs-myth/everyday-myths/string-theory.htm