سمفوني ابر ريسمان

آيا کوچک ترين تکه هاي ماده همانند طناب هاي در حال ارتعاش هستند؟
اشيا از چه ساخته شده اند؟ يا به گونه اي متفاوت : ماده دقيقاً چه است؟
بشر قرن ها و قرن هاست که درباره سوال تفکر کرده و مي کند.
حداقل 2400 سال قبل، تعداد کمي از فلاسفه ي يونان باستان، عقيده داشتند که همه چيز از ذرات بسيار ريز، ناديدني ساخته شده اند، که نمي توانند با اجزا شکسته و يا نابود شوند. لوکيپوس (Leucippus) و شاگردش، دمو کريتوس اولين کساني بودند که روي جزئيات اين ايده کار کردند. آنها اين ذرات از ماده خالص را اتما ناميدند، ( که در يونان به معناي چيزهايي است که نمي توانند برش داده شوند، غير قابل تقسيم). در واقع، لغت اتم از اين کلمه مي آيد. لوکيپوس و دموکريتوس، عقيده داشتند که همه اتم ها از ماده يکساني ساخته شده اند، اما آن اتم ها، اندازه و وزن هاي متفاوت دارند. به عبارت ديگر، آنها طريق متفاوت ترکيب مي شوند.
اشيا متفاوت از يکديگر به نظر مي رسند، چون ترکيب هاي متفاوت دارند.
امروزه 2400 سال بعد ، دانشمندان پيشرفته ي امروز نيز هنوز روي اين عقيده استوار هستند. ما لغت اتم را براي کوچک ترين تکه از ماده که روي زمين معمول است، به کار مي بريم. اما آيا واقعاً آن کوچک ترين است؟ امروزه ما مي دانيم که يک اتم در واقع از سه جزء کوچک تر ماده ساخته شده است. الکترون ها، پرتون ها و نوترون ها. پروتون ها و نوترون ها نيز به نوبه خود، حتي از اجزاء کوچک تري ساخته شده اند که کوارک ها ناميده مي شوند.
همان طور که هر کس مي داند، الکترون ها و کوارک ها يقيناً کوچک ترين اجزاي مواد پيرامون هستند و به همين دليل، الکترون ها و کوارک ها ذرات بنيادي ناميده مي شوند. (دموکريتوس حتماً آنها را اتما مي ناميد.)
در مجموعه دانشمندان حداقل دوازده نوع مختلف از ذرات بنيادي را تشخيص داده اند. در راستاي آن، حدود نيم دو جين بيشتر ذرات ديگري نيز تشخيص داده شده اند، که مثل چسب براي نگهداري همه چيز در کنار هم عمل مي کنند؛ مثل اتماي يونان باستان، اين ذرات بنيادي وزن خودشان را دارند، و ديگر خواص نيز به همين ترتيب ....
آيا بيست تا (يا بيشتر)، "ذرات بنيادي" وجود دارند، مثل انواع بسيار بيشتري از بنيادي ترين چيزها که در عالم به نظر مي رسند؟ بعضي از دانشمندان چنين فکري مي کنند، مثل دموکريتوس، آنها براي اجزاي ساختماني بنيادي حقيقي جستجو مي کنند.
چطور مي توانند به شکل هاي مختلف در آيند، تا تبديل به تمام ذرات ريز متفاوتي شوند که ما مي شناسيم، مثل الکترون ها و کوارک ها؟
اينرسي؛ چيزي است که باعث مي شود، يک شي بر آنچه عمل مي کند (حالتي که در آن است) باقي بماند. براي مثال،اگر يک اتومبيل با سرعتي ثابت در جاده حرکت مي کند، اينرسي آن حرکتش را در يک خط مستقيم حفظ مي کند؛ مگر اينکه چيزي ِ(يک نيرو) بر اينرسي غلبه کند، که باعث تغيير حالت اتومبيل مي شود ( افزايش سرعت و يا کاهش آن ).اتومبيل مي خواهد به حرکتش در مسير با سرعت يکسان ادامه دهد. اينرسي هنگامي که ماشين مي ايستد نيزکار مي کند. مگر اينکه، چيزي اتومبيل را حل دهد. اينرسي آن را متوقف نگه خواهد داشت.
کمي بيشتر از 2500 سال قبل، متفکرين يوناني از رياضي براي فهميدن طول مخصوص ريسمان هاي ابزارهاي موسيقيشان(مثل چنگ) استفاده مي کردند، که الگوي رياضي خاصي داشتند. خب، به اندازه کافي عجيب است، در طي 40 سال گذشته، برخي دانشمندان روي نظريه ابر ريسمان ها کار کرده و مي کنند. قبل از نظريه ابر ريسمان، ذرات بنيادي بطور غير باوري، نقاط يا توپ هاي کوچکي تصور مي شدند؛ اما مطابق با نظريه ريسمان، همه ذرات بنيادي تنها از يک چيز ساخته شده اند: يک حلقه بسيار کوچک که يک ابر ريسمان ناميده مي شود.
ابر ريسمان ها به طور غير باوري ريز هستند. يک حلقه ابر ريسمان بسيار کوچک است ،که يک تريليون تريليون (ا با 24 تاصفر) از آن ها در يک خط، به درازي يک خط يک اتم خواهند شد! و دويست ميليون اتم نيز بايد در خط شوند تا به اندازه ناخن شصت شما شوند!
دانشمندان فکر مي کنند که اين حلقه ها مي لرزند، شکل هاي مختلف لرزش باعث مي شود، که آنها خواص متفاوت داشته باشند، مثل وزن و بار الکتريکي. نوعي لرزش از آنها يک کوارک مي سازد و نوع ديگر يک الکترون و ... يک مشکل بزرگ درباره نظريه ابرريسمان، رياضيات بي نهايت دشوار آن است. تاکنون، دانشمندان نظريه ابرريسمان تنها توانسته اند، اين مسئله را که چه نوع ذراتي بايد وجود داشته باشند را حل کنند. آنها حتي هنوز نتوانسته اند، محاسبه کنند که کجا و يا چطور آنها را پيدا کنند. براي باور داشتن يک نظريه، دانشمندان بايد قادر باشند تا آن را با آزمايش امتحان کنند؛ مثل يافتن چيزي که نظريه مي گويد "بايد آنجا باشد." اما اگر نظريه براي استفاده بسيار مشکل باشد، مردم نمي توانند بفهمند که آيا اين نظريه خوب است و هماني است که حقيقتاً جهان ما را توصيف مي کند است، يا خير. اين مثل داشتن يک کامپيوتر قدرتمند بدون داشتن يک صحفه کليد و يا صفحه نمايش است. شما نمي توانيد بفهميد که آيا اين کامپيوتر واقعاً قدرتمند ومفيد است. بنابراين ما کاملاً مطمئن نيستيم که آيا کوچک ترين "خرده هاي ماده" بدون شک از ريسمان ساخته شده اند يا خير؟
هنوز هم بسياري از دانشمندان به اين نظريه علاقه بسيار دارند، آنها بسيار سخت کار مي کنند تا با روش هايي بتوانند چيزهايي را که اگر با آزمونشان ديديم، حقيقتاً محاسبه و بررسي کنند که آيا واقعاً صحيح هستند ياخير.

منابع:
به نقل از کتاب Science mysteries
لذت فيزيک -ش 18