لماذا نحتاج إلى التوحيد
تمتلك الفيزياء إطارين أساسيين: النسبية العامة (الجاذبية، انحناء الزمكان، المقاييس الكبيرة) وميكانيكا الكم (القوى الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوية، المقاييس الصغيرة). كلاهما غير متوافق رياضياً عند مقياس بلانك (10⁻³⁵ م، 10¹⁹ GeV). دمج هذه النظريات ينتج ما لا نهاية لا يمكن إزالته. هناك حاجة إلى نظرية للجاذبية الكمومية، وتدعي نظرية الأوتار أنها توفر ذلك.
ما هي الأوتار
في نظرية الأوتار، يتم استبدال الجسيمات النقطية بأجسام أحادية البعد متناهية الصغر (أوتار) يبلغ طولها تقريباً 10⁻³⁵ م — وهو طول بلانك. الأوتار المفتوحة لها نهايات حرة؛ بينما الأوتار المغلقة عبارة عن حلقات. نمط اهتزاز الوتر يحدد الجسيم الذي يبدو عليه: نمط واحد هو الفوتون، وآخر هو الإلكترون، وآخر هو الجرافيتون (حامل الجاذبية الافتراضي). يتضمن الطيف تلقائياً جسيماً ذا مغزل 2 يتصرف مثل الجرافيتون — وهي حقيقة أثارت حماس الفيزيائيين بشكل كبير في السبعينيات.
الأبعاد الإضافية
تعمل نظرية الأوتار رياضياً فقط في 10 أبعاد (أو 11 في نظرية M). الأبعاد المكانية الستة (أو السبعة) الإضافية 'مضغوطة' — ملتفة بشكل صغير جداً بحيث لا يمكن اكتشافها عند الطاقات المتاحة. يحدد شكل الأبعاد الإضافية الفيزياء — أي الجسيمات موجودة، وما هي كتلتها، وما هي القوى التي تعمل. هناك ما يقرب من 10⁵⁰⁰ من التراصفات الممكنة ('المشهد') — ويمكن تحقيق أي فيزياء أساساً.
عشرون سؤالاً وثماني دقائق على الساعة، ونسبة مئوية مقاسة مقابل كل من خاضه. دون تسجيل.
اخوض اختبار الذكاء →المشكلة
مشهد نظرية الأوتار يعني أنها لا تتنبأ بأي شيء محدد: لأي ملاحظة، يوجد تراصف ينتجها. يجادل النقاد (Lee Smolin, Peter Woit) بأن هذا يجعلها غير قابلة للتفنيد وبالتالي ليست علماً. يجادل المدافعون بأن المشهد هو اختيار أنثروبي — نحن نلاحظ فيزياء متوافقة مع الحياة. بعد 50 عاماً، لم يتم تأكيد أي تنبؤ فريد لنظرية الأوتار تجريبياً.
أسئلة مكررة
ما هي نظرية الأوتار بكلمات بسيطة؟
تقترح نظرية الأوتار أن جميع الجسيمات الأساسية هي في الواقع أوتار طاقة مهتزة متناهية الصغر، وليست أجساماً نقطية. تتوافق أنماط الاهتزاز المختلفة للوتر مع جسيمات مختلفة. تتطلب النظرية أبعاداً مكانية إضافية تتجاوز أبعادنا الثلاثة وتتضمن الجاذبية تلقائياً — مما يجعلها مرشحاً لتوحيد جميع القوى الأساسية.
لماذا لم يتم إثبات نظرية الأوتار؟
تعمل نظرية الأوتار عند مقياس بلانك (10⁻³⁵ م)، وهي طاقات أعلى بنحو 10¹⁵ مرة مما يمكن أن يصل إليه مصادم الهادرونات الكبير (LHC). لا يمكن لأي تجربة حالية استكشافها مباشرة. والأهم من ذلك، أن النظرية لديها 'مشهد' يضم حوالي 10⁵⁰⁰ من الحلول الممكنة، مما يعني أنها تستطيع استيعاب أي نتيجة تجريبية تقريباً — مما يجعل من الصعب تفنيدها.
ما هي نظرية M؟
نظرية M هي إطار مكون من 11 بُعداً اقترحه Edward Witten في عام 1995، والذي يوحد الإصدارات الخمسة المختلفة لنظرية الأوتار ذات الـ 10 أبعاد في إطار واحد. يرمز حرف 'M' إلى غشاء (membrane)، أو غموض (mystery)، أو مصفوفة (matrix) اعتماداً على من تسأل. لا تحتوي نظرية M على أوتار فحسب، بل على أجسام ذات أبعاد أعلى تسمى الأغشية (branes). هي أفضل مرشح حالي لنظرية أوتار كاملة ولكنها أقل فهماً حتى من نظريات الأوتار الفردية.