بالاخره ریسمان به درد خورد



فناوری -پیچیدهترین بخش فیزیک نظری بالاخره توانست در توضیح پدیدهای تجربی بهکار آید. آیا این موفقیت را میتوان درآمدی بر دستیابی به نظریه همهچیزدانست؟


تاهمین اواخر، دانشمندان نتوانسته بودند تقریبا هیچ چیزی را با استفاده ازنظریه ریسمان (استرینگ تئوری) که بعضیها به آن «نظریه همه چیز» هممیگویند، توضیح دهند؛ ولی در کارگاه انستیتوی فیزیک نظری کاولی درسانتاباربارای کالیفرنیا که این هفته برگزار شد، دانشمندان از این نظریهبرای پیشرفت در حل یکی از بزرگترین معماهای فیزیک ماده چگال استفادهکردند: منشا و ریشه ابررسانایی گرم.

نظریه ریسمان چنین بیان میکندکه ریسمانهای مرتعشی که در ده بعد وجود دارند، پایه و اساس دنیای قابلمشاهده را تشکیل میدهند و چگونگی ارتعاش آنها، ذرات یا نیروهای بین آنهارا تفکیک میکند. به رغم اینکه این فرض پایهای هنوز در شک و تردید است وبا دانستهها و تجهیزات فعلی بشر هم آزمایش تجربی آن محال است؛ بعضی ازابزارهای ریاضی که در چند سال گذشته در نظریه ریسمان استفاده شده بودند،برای توضیح رفتار مواد داغ حالت پلاسما و شبکههای فوق سرد اتمها بهکارگرفته شدند.

آخرین ادعا در مورد نظریه ریسمان، ابزاری کلیدی درتوضیح رفتار معمولی موادی است که در دماهای نسبتا بالا، الکتریسیته رابدون هیچ مقاومتی از خود عبور میدهند. این حالت را ابررسانایی مینامند ونظریهای که ابررسانایی مرسوم را در دماهایی نزدیک به صفر مطلق (منفی 273درجه سانتیگراد) توجیه میکند، نظریه کاملی است؛ ولی نظریهای که رفتارگروه دوم موادی را که در دمای تقریبا 79 کلوین (منفی 194 درجه سانتیگراد)خاصیت ابررسانایی را از خود بروز میدهند، توجیه کند، هنوز به صورت یکمعما باقی مانده است. نظریهپردازان فعال در نظریه ریسمان امیدوارند که باتوضیح رفتار معمولی این مواد، در دمایی فقط کمی بالای دمایی که در آن دما،این مواد از خود ویژگی ابررسانایی را بروز میدهند، بتوانند خود پدیدهابررسانایی در دمای بالا را بهتر کنترل کنند.


سابیرساچدف، از نظریهپردازان مادهچگال در دانشگاه هاروارد که ازبرگزارکنندگان کارگاه نیز بود، میگوید: «این بدین معنا است که ما بااستفاده از توضیح نظریه ریسمان، در آستانه درک حالت جدیدی از ماده قرارداریم».

در این کارگاه، ساچدف و همکارانش، از هر یک از حضارخواستند که مدل ادعایی خود را برای توجیه ابررسانایی در دمای بالا بااستفاده از نظریه ریسمان ارایه دهند و برای ثبت آن، برگهای را دست به دستبین شرکتکنندگان چرخاندند که در ابتدا هیچ چیزی روی آن نوشته نشده بود.

شانهارتنول محقق دوره فوقدکترای دانشگاه هاروارد، که یکی دیگر از برگزارکنندگان این کارگاه بود نیز بر این باور است که یافتن کاربردهای جدید برایریاضیات نظریه ریسمان، انرژی تازهای را وارد این حوزه میکند. اومیگوید: «اکنون به نظر میرسد که با دیگ جوشانی از افکار و نظرات جدیدروبرو هستیم».

پیچیدگی نامتناسب
نظریه ریسمان در اواخر دهه 1960و به عنوان ابزاری برای توضیح نیروهای قوی بین ذرات اتمی شکل گرفت، ولی دردهه 1970 با نظریه موفقتر کرومودینامیک کوانتومی جایگزین شد. نظریهریسمان نیز به راه خودش رفت و لایههای عجیب و غریبتری از پیچیدگیهایریاضی را کسب کرد. بعضی از فیزیکدانان آن را نفرینشده خواندند، زیرابرای آزمایش نظریههای منتج از آن به انرژیهایی خیلی بیشتر از آن چیزینیاز است که میتوان در شتابدهندههای ذرات به آنها دست یافت.


ولیدر سال 2005، نظریه ریسمان راه خود را البته به طور غیر مستقیم؛ به داخلیک شتابدهنده باز کرد: برخورد دهنده یونهای سنگین نسبیتی، RHIC درآزمایشگاه ملی بروکهیون نیویورک. دانشمندان کشف کردند که نظریه ریسمانمیتواند به اندازه کرومودینامیک کوانتوم در توضیح نیروهای قوی هستهای دریک پلاسمای کوارک-گلوئون موثر باشد. این حالت جدید ماده که شامل اجزایسازنده پروتونها و نوترونها است، در ترکیبات یونهای داغ طلا که درشتابدهنده تولید شده بود شکل گرفت. کلید این کشف یک تکنیک ریاضی در نظریهریسمان بود که اصول هالوگرافی را شکل میدهد که در آن، اطلاعات موجود دریک چند بعدی میتواند در یک بعد پایینتر از آن نگاشته شود؛ مثل تصویری سهبعدی که میتوان آن را در یک تصویر هالوگرام مسطح دو بعدی ذخیره کرد.

ازآن زمان، پژوهشگرانی مانند ساچدف و هارتنول تکنیکهای هالوگرافی را بهحوزه سردتر مادهچگال گسترش دادند. همان ابزارهای نظریه ریسمان که برایتوضیح رفتار ذرات در شتابدهنده استفاده شده بود، کمک کرد که بتوان رفتارنقاط بحرانی کوانتومی را توجیه کرد؛ تغییرات در موادی که تا نزدیک به نقطهصفر مطلق سرد میشدند و در آن هنگام تاثیرات مکانیک کوانتوم بر رفتار آنغالب میشد.

در عوض، این به فیزیکدانها کمک کرد تا رفتارکوانتومی را در بسیاری از سیستمها تشریح کنند که شامل شبکههای فوق سرداتمی تحریک شده با لیزر میشد و اکنون هم ابررسانایی دمای بالا به آناضافه شده است.

پیتر وویت، از منتقدان سرشناس نظریه ریسمان و ازریاضیدانان دانشگاه کلمبیا در نیویورک، میگوید که این نحوه استفاده ازنظریه ریسمان به عنوان یک ابزار میتواند مفید باشد، ولی به هیچ عنوانآزمایشی برای خود نظریه ریسمان محسوب نمیشود. او می گوید: «فقط به ایندلیل که یک مدل در زمینه خود خوب کار میکند، به این معنی نیست که شمامیتوانید کل فیزیک را یکپارچه کنید و به نظریهای پایهای که همه چیز ازآن ناشی شود، برسید».

جوزف پولچینسکی، از نظریهپردازان نظریهریسمان در انستیتوی کاولی و سومین برگزارکننده کارگاه، چنین اسدلال میکندکه اگر ابزارهای مشابه نظریه ریسمان که برای تشریح سیاهچالهها استفادهشدهاند، بتوانند رفتار الکترونها را در یک فلز توجیه کنند؛ این تقاطعمیتواند کاربردهای نظریه ریسمان را در یک حوزه را برای کاربرد در دیگرحوزهها نیز ممکن سازد.

او اضافه میکند که هیجان همچنان در حالافزایش است. این انستیتو 110 تقاضا برای کارگاه دریافت کرده بود، در حالیکه تنها برای 30 نفر جا وجود داشت و تا آنجا که او به یاد میآورد، ورودبه هیچ کارگاهی سختتر از این نبوده است. در توضیح اهمیت آن همین بس کهوقتی فراخوان این کارگاه 18 ماه اعلام شد، تعداد مقالاتی که در این زمینهنوشته شده بود به کمتر از انگشتان دو دست میرسید. پولچینسکی میگوید:«کاملا آشکار است که حوزه جدید و جذابی از علم در این جا گشوده میشود».

نیچر، 20 جولای -ترجمه: مجید جویا

[برای مشاهده لینک ها شما باید عضو سایت باشید برای عضویت در سایت بر روی اینجا کلیک بکنید]