ملاحظة : الموضوع عبارة عن حلقة من حلقات سلسلة الاوتار الفائقة

لماذا دخلت الأوتار الفائقة إلى القصة ؟ متى وكيف ؟

لقد نجحت نظرية الحقل الكمومي النسبية Relativistic quantum field theory  في توصيف السلوكيات الملحوظة وخصائص الجسيمات الأولية.  ولكن هذه النظرية بحد بذاتها تعمل بشكل جيد عندما تكون الجاذبية ضعيفة جدا لدرجة بأنه يمكن تجاهلها. وتعمل نظرية الجزيئات  Particle theory فقط عندما نفترض انعدام الجاذبية.    (وبالتالي نلاحظ قصور كل من النظريتين السابقتين عن شروط معينة).

أما بالنسبة لنظرية النسبية العامة فقد حققت نظرية ثروة من التبصر في الكون ( اي انها بصرتنا في امور كونية كثيرة) ,وشملت مدارات الكواكب, تطور النجوم والمجرات , الانفجار الكبيرة , واخيرا الثقوب السوداء التي تمت ملاحظتها مؤخراً , بالاضافة إلى العدسات التثاقلية gravitational lenses.

على كل حال, فإن النظرية – النسبية العامة – تعمل فقط عندما نتظاهر بأن الكون كلاسيكي تماما , ونفترض ايضا عدم الحاجة إلى الميكانيك الكمي في توصيف الطبيعة. ويعتقد بأن نظرية الأوتار الفائقة قادرة على سد هذه الفجوة, فكما ذكرنا سابقاً كان الهدف من نظرية الاوتار الفائقة الدمج بين نظرية النسبية العامة (التي تصف الثقالة ) وبين نظرية الميكانيك الكمي (التي تصف القوى الاساسية)ضمن نظرية واحدة شاملة ومتكاملة.

في الاصل , تم اقتراح نظرية الأوتار الفائقة لتفسير العلاقة الملحوظة بين الكتلة , وبين دوران بعض الجزيئات التي تدعى هادرونات hadrons والتي تشمل كل من البروتون النترون. ولكن الامور لم تسر كما هو مطلوب , ورغم ذلك ثبت بأن  الكروموديناميك الكمي Quantum Chromodynamics يوفر نظرية افضل للهدرونات hadrons.

ولكن ظهرت الجزيئات في نظرية الاوتار الفائقة على انها تمثل إثارات لتلك الاوتار- اوتار النظرية, وكان مضمنا ضمن استثارات تلك الاوتار (في نظرية الاوتار الفائقة )جزئيات بكتلة معدومة (0) مع وحدتي دوران two units of spin.

وفعليا نكمن اهمية نظرية الاوتار الفائقة عند هذه النقطة (جزيئات بكتلة معدومة مع وحدتي دوران). لانه لو كان هنالك نظرية كم جيدة خاصة بالجاذبية , عندها سيكون للجزئيات التي تحمل قوى الجاذبية كتلة معدومة مع وحدتي دوران two units of spin .

كان هذا الامر معروفا بالنسبة للعلماء الفيزيائين النظرين منذ فترة طويلة. وبالتالي , فإن نظرية الاوتار الفائقة – ان اثبتت صحتها – ستؤمن لنا في الوقت ذاته نظرة جيدة خاصة بالجاذبية.

تدعى هذه الجزيئات النظرية ( معدومة ا لكتلة مع وحدتي دوران ) بالغرافيتون “graviton“.

وقد قاد هذا علماء “الاوتار الفائقة ” النظريين لاقتراح ان تكون تلك النظرية تطبيقية ولكن ليس كنظرية خاصة بالجزيئات الهدرونية  hadronic particles , وانما كنظرية للجذب الكمي quantum gravity.

استمر هذا الخيال المبهم والصورة الغير أكيدة, فيما يخص الفيزياء النظرية في مجال الجزيئات والاوتار لعقود.

ولكن توقع الغرافيتون graviton  (الجزيئات معدمة الكتلة مع وحدتي دوران ) ضمن نظرية الاوتار الفائقة لم يكن كافيا. حيث بالامكان اضافة graviton إلى نظرية الحقل الكمي quantum field theory  ,ولكن عندها فإن الحسابات التي من المفترض بها ان توصف الطبيعة سوف تصبح عديمة الفائدة.

يعزى ذلك – كما هو موضح في الشكل ادناه – لكون التفاعلات الجزيئية تحدث عند نقطة وحيدة في الفضاء الزماني , وببعد مساوي  الصفر بين الجزئيات المتفاعلة.

 (في فيزياء الجزيئات , تحدث التفاعلات بين الجزيئات على مسافة تبلغ الصفر بين الجزئيات المتفاعلة – ولكن يبدو هذا الكلام والتوصيف (البعد يساوي الصفر ) غير ذي معنى بالنسبة لنظرية انشتاين.)

بالنسبة للغرافيتون gravitons, فإن  الصيغ الرياضية والنتائج الرياضية ستبدو سيئا جدا عند المسافة المعدومة , وبالتالي فإن الأجوبة لن تحمل أي معنى.

أما ضمن نظرية الاوتار الفائقة , تتصادم الاوتار ضمن مسافة صغيرة ومنتهية , ولكن الاجابات تبدو منطقية.  هذا لا يعني بأن نظرية الاوتار الفائقة لا تحوي اي عيوب. ولكن ظاهرة البعد المعدوم (المساوي للصفر ) تظهر لنا كما لو انه بإمكاننا دمج ميكانيك الكم مع الجاذبية. وعندها سيصبح بإمكاننا التحدث بشكل منطقي عن استثارات الاوتار التي تحمل معها قوى الجاذبية. وهذا سيكون انجاز رائع.

كانت تلك عقبة عظيمة غلبت علماء فيزياء القرن العشرين الماضية. وهذا ما دفع العديد من الاشخاص اليافعين لأن يكونوا تواقين لتعلم الرياضيات المجردة والمعقدة , والتي تعتبر اساسية لدراسة نظرية الكم الخاصة بتفاعل الاوتار.ربما قد تساعد تطوير نقاط معينة ضمن الرياضيات المجردة إلى إيجاد حل لهذه المسألة.

  ارجو ان تكون هذه اللمحة المختصرة عن ” لماذا دخلت الأوتار الفائقة إلى القصة ؟ متى وكيف ؟” قد عادت بالفائدة عليكم , وآمل ان ألقاكم في حلقة قادمة مع موضوع يتحدث عن تفاصيل نظرية الاوتار الفائقة ” ماهي نظرية الأوتار الفائقة؟ ” .

وإلى ذلك الحين , استودعكم الله , والسلام عليكم ورحمة الله بركاته.

بعض المراجع :

• http://www.superstringtheory.com/
• http://www.nucleares.unam.mx/~alberto/physics/string.html
• principle – Wikipedia, the free encyclopedia
• https://wikimedia.org/wikipedia/en/wiki/String_theory
• http://en.wikipedia.org/wiki/Graviton
• http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lens
• http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_chromodynamics