قسمت دهم(آخر):سمفونی کیهانی

قبل از اینکه به نظریه رشته ها بپردازم بهتره یه توضیحاتی راجع به ابرتقارن بدم.
قبل از سال 1925 فیزیکدان ها میگفتن که ذرات بنیادی نمیتونن دور خودشون بچرخن(یعنی اسپین ندارن).چرا؟ خب زمین رو در نظر بگیرید.داره دور خودش میچرخه اما فقط نقاطی که روی محور چرخش نیستن مترحکن.برای یه ذره نقطه مانند ، نقطه ای که رو محور نباشه وجود نداره.پس نمیتونه چرخش داشته باشه.اما دراین سال بود که دوستانی گفتن بعضی خواص مشاهده شده رو فقط میشه با در نظر گرفتن یه اسپین برای الکترون توصیف کرد.البته این دوستان استدلال گفته شده رو رد نمیکردن(یعنی نمیتونستن رد کنن)بلکه گفتن مفهوم اسپین برای ذرات چیزی کاملا متفاوت با اسپین در دنیای ماکروسکوپیه.در ضمن این مفهموم یه مشخصه ذاتی برای ذراته (بازم یه تفاوت ناجور دیگه بین دنیاهای ماکروسکوپی و میکروسکوپی).

یه مفهوم در فیزیک وجود داره به اسم تقارن.معنی این مفهوم اینه که قوانین فیزیک در برابر یه نوع خاص از تبدیلات یکسان میمونن.یکی از این تقارنها مربوط به زمانه.یعنی قوانین فیزیک با گذشت زمان تغییر نمیکنن.دیگری مکانه.یعنی در جاهای مختلف جهان قوانین یکسانی حکمفرماست.نسبیت خاص هم میگه که یه تقارن برای سرعت های ثابت وجود داره.(چند تا دیگه هم هست که یادم نیست).قبل از کشف مفهوم کوانتومی اسپین نظریه ای ارائه شد مبنی بر اینکه تقارنهای کشف شده ، تنها تقارنهای موجود در طبیعت هستن.اما بعد از این کشف دانشمندان ثابت کردن که تقارن دیگه ای هم وجود داره که مربوط به اسپینه.به این تقارن میگن ابرتقارن.البته تا الان ابرتقارن فقط به صورت نظری اثبات شده.

خب میرسیم به نظریه رشته ها. چه فایده ای داره که ذرات بنیادی رو رشته در نظر بگیریم؟
اول قسمت قبل گفتم که مدل استاندارد ذراتی رو پیش بینی میکنه و خواصی بهشون نسبت میده ولی نمیگه این خواص از کجا میان.خب حالا اگه بگیم این ذرات بنیادی به جای نقطه های صفر بعدی ، رشته های یک بعدی هستن ، میتونیم بگیم خواص مختلف اونها ناشی از الگوهای متفاوت در نوسان این رشته هاست.در واقع اگه این رشته ها رو بنیادی در نظر بگیریم(دیگه نمیشه پرسید جنس این رشته ها چیه).الگوی نوسان هر رشته مشخص میکنه که این رشته چه ذره ای رو میسازه.درست مثل تارهای گیتار که الگوی نوسانشون موسیقی رو مشخص میکنه.اگه این نظریه رو بپذیریم میتونیم بگیم که جهان ما یه ارکستر بزرگه و اتفاقاتی که میفتن هر کدوم قطعه هایی از این موسیقی هستن.یعنی ما هر لحظه داریم به یه سمفونی گوش میدیم.یه سمفونی به عظمت کیهان.

نظریه اولیه رشته ها فقط تقارنهایی که تا اون زمان کشف شده بودن رو در خود داشت (که شامل ابرتقارن نمیشه).نتیجه این بود که الگوهای موجود در اون نظریه فقط ذراتی با اسپین صحیح رو شامل میشد.بله بوزون ها .به همین دلیل به این نظریه میگن نظریه بوزونی رشته ها.این نظریه دو تا مشکل داشت اول اینکه برای توضیح تمام نیروها و ماده باید الگوهای فرمیونی رو هم شامل میشد.دوم اینکه این نظریه ذره ای رو با جرم منفی پیش بینی میکرد که بهش میگن تاکیون(البته تاکیون قبل از نظریه رشته ها هم در محاسبات ظاهر شده بود).چون کسی موفق نشده بود که مفهومی منطقی برای تاکیون ارائه بده همه موافق بودن که چنین ذره ای وجود نداره.

در سال 1971 بود که یه اتفاق شگفت انگیز افتاد. دوستی به نام پیر ریموند از دانشگاه فلوریدا سعی کرد الگوهای فرمیونی رو وارد نظریه بوزونی رشته ها کنه.در نظریه جدید پیر هر الگوی بوزونی یه جفت فرمیونی داشت.
در سال 1973 دوستان دیگه ای فهمیدن میشه چنین چیزی رو در مدل اساندارد(برای ذرات نقطه ای)هم اعمال کرد و برای هر ذره جفتی به دست آورد.
اما در سال 1977 بود که بچه ها فهمیدن معنی این زوج شدن ها چیه.در واقع قضیه این بود که اگه برای اسپین هم تقارنی در نظر میگرفتیم ، هر ذره یه جفت و هر الگوی بوزونی یه جفت فرمیونی پیدا میکرد.این اولین مدرک نظری برای ابرتقارن بود.
(نظریه اتحاد بزرگ(اتحاد نیروهای الکتروضعیف و قوی هسته ای  در نیرویی به اسم الکتروقوی)فقط در صورتی درسته که ابرتقارن رو در نظر بگیرم.این هم مدرک دوم.)
بعد از کشف سال 1977 نظریه بوزونی رشته ها تبدیل شد به نظریه ابرتقارنی رشته ها یا نظریه ابررشته ها.
از اونجایی که هنوز نظریه ابررشته ها اشکالاتی داشت و هنوز هم راهی برای آزمایشش پیشنهاد نشده بود،دوستان کار روی اون رو ادامه دادن تا اینکه یه روز به خودشون اومدن دیدن زپرت.پنج نوع مختلف از نظریه رشته ها به وجود اومده که یعنی یه جای کار میلنگه.قضیه این بود که ابرتقارن میتونست به پنج شکل مختلف وارد نظریه رشته ها بشه که باعث شده بود پنج نوع مختلف از نظریه رشته ها به وجود بیان.
احتمالا میپرسید فرق این پنج تا نظریه چیه.من چند فرق مهمشون رو بهتون میگم.
یکی اینه که بعضی از این نظریه ها فقط رشته های بسته رو پیش بینی میکنن(مثل حلقه) و بعضی رشته های باز رو هم شامل میشن(مثل یه قطعه نخ).
برای توضیح فرق بعدی باید یه قسمت خیلی با حال از نظریه رشته ها رو براتون توضیح بدم: ابعاد اضافی.
قضیه اینه که معادلات نظریه رشته ها میگن رشته ها فقط در سه بعد فضایی و بعد زمان نوسان نمیکنن و این نوسانات ابعاد دیگه ای رو هم درگیر میکنه.اما چرا ما این ابعاد رو حس نمیکنیم؟
فرض کنید یه بند باز روی یه طناب راه میره.فکر میکنید اصلا تصور این رو هم میکنه که طناب دو بعدیه و میشه دورش چرخید؟(شاید بگید خب چون میفته ولی لطفا مثال خوشگل منو خراب نکنین).بند باز بزرگتر از اونیه که بتونه بعد دوم طناب رو حس کنه اما یه خرمگس میتونه روی طناب هم به جلو و عقب بره و هم دورش بچرخه. فیزیکدان ها میگن ابعاد اضافی هم کوچیک و به شکل حلقه های بسته هستن.به همین دلیل ما حسشون نمیکنیم(چون حلقه ای هستن با حرکت در اونها به جای اول خودمون برمیگردیم و چون کوچیک هستن حرکت در اونها رو حس نمیکنیم.)

فرق دوم پنج نظریه رشته ها در تعد ... (الان داشتم نگاه میکردم انگار هر پنج نظریه میگن 10 بعد.26 تا مال نظریه بوزونیه. خطهای بالا رو پاک نمیکنم چون باید چهار ساعت دنبال یه مقدمه بگردم برای رسیدن به ابعد اضافی.)

اما نظریه رشته ها چه طوری تناقض بین مکانیک کوانتومی و نسبیت عام رو حل میکنه؟
این تناقض از اونجا ناشی میشه که نسبیت عام فضا-زمان رو یه سطح هموار در نظر میگیره در حالی که مکانیک کوانتومی فضا-زمان رو یه سطح ناهموار و توفانی و همیشه در حال تغییر پیش بینی میکنه.البته این توفانها همه کوچیکتر از طول پلانک هستن.از اونجایی که یه ذره صفر بعدی یعنی یه نقطه که در فضا هیچ گسترشی نداره ، میشه گفت هر اندازه ای رو که در نظر بگیرید باز هم ذره از اون کوچیکتره.پس ذره ها از طول پلانک هم کوچیکترن و در نتیجه این توفانهای فضا-زمانی روشون تاثیر دارن.اما نظریه رشته ها میگه ذرات بنیادی صفر بعدی نیستن و رشته های یک بعدی به اندازه طول پلانک هستن.به این دلیل که این رشته ها از توفانها بزرگتر هستن نمیشه از اونها برای شناسایی توفانها استفاده کرد( همونطوری که نمیتونید با زدن توپ بسکتبال به سطح زمین نمیتونید ناهمواری اون رو شناسایی کنید.)
در شتاب دهنده ها با افزایش سرعت ذرات ، طول موجشون رو کاهش میدن که در نتیجه میشه با اونها ذرات کوچکتری رو شناسایی کرد.اما محسابات نشون دادن با افزایش سرعت و در نتیجه انرژی رشته ها به جایی میرسیم که رشته شروع به بزرگ شدت میکنن.(یه حرف جالبی هم ادوارد ویتن زده: خیلی خیالی به نظر میرسه ولی دراماتیک ترین اثبات نظریه رشته ها اینه که یه نفر یه رشته رو از طریق تلسکوپ ببینه.).پس نمیشه با رشته ها توفانهای کوانتومی فضا-زمان رو شناسایی کرد و از اونجایی که رشته ها کوچیکترین چیزهای جهان هستن ، اصلا این توفانها تاثیری در جهان ما ندارن و میشه اونا رو در نظر نگرفت و در نتیجه تناقض حل میشه(البته کار نظریه رشته ها با هندسه ریمانی راه نمیفته به همین خاطر شاخه جدیدی از فیزیک ریاضیاتی به وجود آوردن به اسم هندسه کوانتومی)

خب میرسیم به این که انقلاب دوم ابر رشته چیه و چی بود که فیزیکدانهایی رو که با این همه شگفتی سر و کار دارن شگفت زده کرد؟
تا سال 1995 شواهدی موجود بود مبنی بر اینکه چند تا از پنج نظریه میتونن تقریب یا حالت خاصی از یه نظریه دیگه باشن.اما در سال 1995 ادوارد ویتن گفت که هرپنج نظریه حالتهای خاصی از نظریه ای هستن که تعداد ابعاد فضا-زمان رو 11 پیش بینی میکنه و فقط هم به رشته ها قانع نمیشه و اشکال دیگه ای به اسم ممبرین یا برین پیش بینی میکنه که میتونن به اندازه یه سیب باشن یا اندازه کل شد جهان.اسم این نظریه هست نظریه M .(یکی از معماهای دیگه این قرن اینه که این M  از کجا اومده).من دیگه راجع به نظریه M  چیز زیادی نمیدونم.
در هر صورت بعد از این همه محاسبه و تحقیق و خرج کلی پول و  بدبختی و ... باز ممکنه یه نفر بگه:« چرا رشته ها بنیادین؟ خب باید از یه جنسی داشته باشن.» خب بله شاید ما اینجا میرسیم به یه چرخه بی نهایت.شاید باید بپذیریم که در اشتباهیم و مثل آدمای چند قرن پیش باید بگیم خب خدا جهان رو این مدلی آفریده و بی خیال بنیادش.اما من این حرفا رو قبول ندارم.چون اعتقاد دارم مثل همیشه خدا برای ما یه جواب زیبا و شگفت انگیز و البته غافلگیر کننده داره.


                         پایان

وای دانته جان عجب پایان دودی بود !
اعتراف می کنم مخم دود کرد !
یه چیزایی سر در آوردم چون در باره اسپسن ها در شیمی می دانستم ولی بقیشو باور کن هیچی !

خدا خیرت بده ! یه سری نمودار بود تو شیمی میگفتن بدردتون می خوره بفهمید (یه سه سهمی ها و ...) الان یه چیزایی گرفتم !

در واقع شما فیزیک دانان جدید، یه جورایی شیمی دان های جدید هم هستید !

در مورد شیوه نگارشت باید بگم محشره . خصوصا اونجا که میگید مثال قشنگمو خراب نکن

واقعا لذت بردم

آصف خان به خاطر همین چیزاست آدم اعصابش از دست این شیمی دانا خورد میشه.
اگه قسمت مربوط به مکانیک کوانتومی رو خونده باشی حتما یه چیزایی راجع به معادله شرودینگر فهمیدی.
در واقع تمام اوربیتالهایی که توی شیمی میخونیم از پیش بینی های معادله شرودینگر هستن.
خب معلومه علوم به هم مرتبطن و شیمی هم میتونه از چیزایی که فیزیک میگه استفاده کنه ولی اینکه بیاد همه رو به نام خودش بزنه دیگه ستمه.از این هم بگذریم وقتی من که دارم فیزیک میخونم مکانیک کوانتومی رو باید ترم 5 یا 6 بخونم خب یعنی یه چیزایی باید قبلش یاد بگیرم پس احمقانس که ترم 1 توی شیمی عمومی بیان برای ما معادله شرودینگر حل کنن.قضیه اینه که شیمی فقط یه علمه که قوانین تجربی مثل اصل لوشاتلیه رو مطرح میکنه که ازشون تو کارخونه ها استفاده بشه.علمی که حقیقتا به بررسی جهان میپردازه فیزیکه.و هر چی که تو شیمی راجع به اتم و اوربیتال و اینا میخونید بدونید دزدیه. آخه خداییش هر شیمی دانی وقتی با مفهوم دوگانگی موج و ذره برای ماده مواجه میشه خب هنگ میکنه.
متاسفانه این دوستان که چیز زیادی از فیزیک سر در نمیارن میان اصل عدم قطعیت هایزنبرگ رو با یه استدلال غلط توی کتاباشون مینویسن.همین کتابی که تو دانشگاه های ما تدریس میشه رو میگم.شیمی عمومی 1 (اسم نویسنده ش یادم نیست).
در ضمن توی قسمت مکانیک کوانتومی گفتم که کسی نمیفهمدش.یکی از مثال هاش همین اسپینه.
معنی اسپین در مورد مثلا الکترون این نیست که الکترون دور خودش میچرخه.در واقع هیچ کس معنیش رو نمی دونه.در ضمن در مورد ذرات اسپین یه خاصیت ذاتیه یعنی این طور نیست که الکترون به وجود بیاد بعد شروع کنه به چرخیدن.در واقع الکترون بی اسپین نداریم.
اگه نفهمیدی ناراحت نشو.من هم نفهمیدم.در مورد مکانیک کوانتومی فقط باید اعداد به دست اومده رو تحلیل نهایی کرد و نمیشه گفت چرا از فلان و بهمان معادله استفاده کردیم.
(آصف خان توی مدیران اینجا که کسی شیمی نمیخونه؟)

والا چی عرض کنم ؟!
دوران جوانی به کار شیمی علاقه مند بودم و تا مراحلی هم در المپیاد جلو رفتم که به علت عدم اطلاع رسانی بزرگوران خبردار نشدم و مرحله کشوری را از دست دادم !

بعد از اون هم که خودتون در جریانید از کجا سر درآوردم!

دانته و آسف عزیز :
اونقدر از این بحثا کردید که من هم خراب شدم!

این هم از طرف من برای تکمیل بحث : physics/topic-t7184.html