▪️روایتی از یک‌پارچگی در لحظۀ «صفر»:
(3)
🆔 @Physics3p

ضربۀ دیگر را محدودیت‌های ریاضیات بر نظریه ریسمان وارد آورد (فراموش نشود که این نظریه از دل ریاضی بیرون آمده بود). از این رو ریاضیاتِ نظریه، محدودیت‌هایی برای مدل ریسمان‌ها در نظر گرفته بود. این محدودیت را نخستین بار کلاود لاولس تشخیص داده بود. وی متوجّه شد که ایدۀ ونتزیانو هنگامی درست کار می‌کند که فضا ـ زمانِ نظریه را دارای 26 بُعد (25 بعد فضایی و یک بعد مربوط به زمان) در نظر بگیریم.
با وجود این مسائل، باز کسانی بودند که به نظریۀ ریسمان‌ها توجّه خاصّی داشتند. جان شوارتز از مؤسّسۀ فناوری کالیفرنیا یکی از طرف‌داران دو‌آتشۀ نظریۀ ریسمانی بود. در سال 1974 شوارتز همراه دوست دیرینه‌اش، جوال شرک ، در نظریۀ ریسمانی متوجّه الگویی خاص شدند که در آن ذرّه‌ای (بوزونی) متفاوت با جرم صفر و اسپین 2 پیش‌بینی می‌شد. معادلات کوانتومی مربوط به نظریۀ ریسمان‌ها ایجاب می‌کرد که ضمن برخورد ذرّات پرانرژی در شتاب‌دهنده‌ها، تعداد بسیار زیادی از این ذرّات متفاوت تولید شود. این ذرّات می‌بایست همانند فوتون‌ها بدون جرم باشند، امّا نظریۀ ریسمان‌ها برای آن‌ها اسپینی برابر 2 پیش‌بینی می‌کرد ـ این بدان معنا است که سرعت چرخش آن‌ها می‌باید دو برابر فوتون‌ها باشد. این ذرّۀ عجیب ـ که تاکنون در آزمایشگاه‌ها هم مشاهده نشده است ـ گلوی ذرّۀ ریسمان‌ها را فشرده بود. این پیش‌بینی به مانند آن است که کسی بگوید فردا در کویر لوت برف سنگینی می‌بارد! (جز آن، نیز نظریۀ ریسمان‌ها نتوانست ذرّاتی با اسپین نیم‌صحیح که شامل هادرون‌ها می‌شود را پیش‌بینی کند). آن‌ها اگر این ذرّه را از نظریه حذف می‌کردند، می‌بایست تمامی مدل را کنار بگذارند. شواترز و شرک در حدسی جسورانه این ذرّۀ عجیب را بوزون گراویتون معرّفی کردند که فیزیک‌دان‌ها مدّت‌های مدیدی به دنبال آن بودند و گمان می‌رفت که این ذرّه، همان ذرّۀ پیغام‌رسانی است که نیروی گرانش را با خود حمل می‌کند (ذرّه‌ای درست از جنس گرانش که از نسبیت عامّ انیشتین برمی‌آید). وجود این ذرّه (گراویتون) می‌توانست پیوندی فرخنده میان نسبیت عام و مکانیک کوانتومی برقرار نماید. در حقیقت، از این دیدگاه در نظریۀ ریسمانی چنان تعبیه شده بود که گرانش انیشتین را در خود جای می‌داد. به نوعی، اگر گرانش را از نظریۀ ریسمان‌ها حذف می‌کردیم، نظریه از کار می‌افتاد. قدرت دیگر این نظریه آن بود که برای برقراری پیوند میان جهان کوانتومی و جهان نسبیتی، طول ریسمان‌ها را تعیین می‌کرد و مقدار آن برابر با طول پلانک یعنی 10-33m بود.

در این مقطع، «اَبَرتقارن» وارد صحنه می‌شود. در بحث مربوط به مدل تورّمی و مدل استاندارد از فیزیک ذرّات، وجود «تقارن» باعث ایجاد الگویی زیبا از ذرّات زیراتمی می‌گردد. سه نوع کوارک موجود می‌توانند بر طبق تقارن SU(3) در کنار هم قرار گرفته و به راحتی با هم تعویض شوند. در نظریۀ GUT نیز می‌توان پنج نوع کوارک و لپتون را بر طبق تقارن SU(5) در کنار هم قرار داد. امّا اَبَرتقارن چنان بود که اگر تمامی ذرّات زیراتمی را با یک‌دیگر جا به جا کنیم، باز معادلات به همان صورت باقی می‌مانند. در این نظریه حتّی فرمیون‌ها به بوزون‌ها و بوزون‌ها به فرمیون‌ها نیز تبدیل می‌شدند. این توصیف صحیح از تقارن را «نظریۀ اَبَرریسمان» می‌نامند ـ چنین اَبَرتقارنی می‌توانست تمام ذرّات جهان را با یک‌دیگر به صورت یک کلّ یک‌پارچه و به هم پیوسته تبیین کند.

برخلاف نظریۀ ریسمان‌ها ـ که فقط بوزون‌ها را شامل می‌شد ـ اَبَرریسمان‌ها هم فرمیون‌ها و هم بوزون‌ها را توصیف می‌کرد و با تقارن خاصّ نظریه می‌توانستیم آن‌ها را در معادلات با هم جا به جا کنیم. همچنین نظریۀ اَبَرریسمان‌ها می‌توانست به خوبی بسیاری از ویژگی‌های کیفی مدل استاندارد از فیزیک ذرّات را توضیح دهد. امّا ویژگی دیگر اَبَرریسمان‌ها آن بود که این نظریه هنگامی دارای انسجام ریاضی است که در 10 بُعد (9 بعد فضایی و یک بعد زمانی) نوشته شود.

✍نویسنده: سعید گراوندی (زاحل)

🆔 @Physics3p