نظرية الأوتار تفسيرها وما علاقتها بتعدد الأكوان؟

ما هي نظرية الأوتار؟

نظرية الأوتار (String theory) هي نظريّة نشأت في فيزياء الجُسيمات، ومهمتها محاولة دمج ميكانيكا الكم مع النظرية النسبية العامة لألبرت آينشتاين، وسُمّيت بنظرية الأوتار نظرًا لنماذج الجُسيمات دون الذرية والتي وُصِفت بأنّها على شكل خيوط صغيرة أُحاديّة الأبعاد لها طول، أي أنها ليست على شكل نقاط صفريّة الأبعاد كما تَوقع العلماء في السابق، وهذا يعني أنّ هذه الخيوط أُحادية الأبعاد تمر بنمط معيّن من الاهتزازات لتتوافق مع جُسيمات لها خصائص محدّدة الكتلة والشّحنة، وقد أدرك الفيزيائيين في الثمانينيات أنّ هذه النظريّة قادرة على دمج قوى الطبيعة الأربعة ألا وهي: الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والقوة الشديدة، والقوة الضعيفة.^[١]

ما العلاقة بين نظرية الأوتار وتعدد الأكوان؟

تكمن العلاقة بين نظرية الأوتار وتعدد الأكوان (Multiverse) في توضيحها أنّ الكون ليس وحيدًا بل هناك العديد من الأكوان الموازية لبعضها البعض، وهذه الأكوان في النظريات الأُخرى تتواجد على صورة متوازية وتختلف جذريًا عن عالمنا، كما تتبع لقوانين أساسية تختلف كثيرًا في الفيزياء، ويعتقد عدد قليل من الفيزيائيين أنّه من المُحتمل الاتصال بهذه الأكوان المتوازية في وقتٍ ما وفي مكانٍ ما، وهذا يعني السماح للتأثيرات الكميَة بالاتصال بين الأكوان المتوازية.^[٢]

تعود مفاهيم الكون المُتعدّد بدايةً لعلم الكونيات الهندوسي القديم، حيث كانت وجهة نظرهم تدور حول أنّ العالم هو مجموعة لا حصر لها من العوالم المتميزة، ثُمّ نشأت فكرة الأكوان المُتعدّدة على يد عالم النفس الأمريكي ويليام جيمس عام 1895م^[٢]، وقد حدّد العلماء وفقًا لعلم الكونيات أنّه هناك 4 أكوان متوازية وهي كالآتي:^[٢]

• الكون اللامتناهي والذي يحتوي على نسخة من الأرض في مكان ما.
• المناطق البعيدة عن الفضاء والتي تحمل نفس القوانين الأساسية.
• الأكوان الأخرى التي تتواجد حيث يوجد احتمال للوجود.
• الأكوان المميزة تماماً والتي قد لا تكون مرتبطة بهذا العالم وتحمل قوانين فيزيائية أساسية مختلفة.

قانون نظرية الأوتار

يعتمد قانون نظريّة الأوتار على نظريّة آينشتاين، والتي تنص على أنّ جميع المكونات تتلائم معًا من خلال طريقة واحدة، وهي تآلف هذه الأجزاء معًا: المادة، والإشعاع، والقوى، والفضاء، والوقت، لجعل هذا الواقع يعمل كعجلة الساعة الميكانيكية لاتخاذ شكلًا فريدًا للحفاظ على الوقت، فنموذج فيزياء الجُسيمات (Particle physics) هو آلية منظّمة لعدد قليل من المكونات، فهناك 6 أنواع من الكواركات، و3 أنواع من النيوترينوات تعمل في وراء الطبيعة.^[٣]

أهم الأسئلة عن نظرية الأوتار

في ما يأتي أهم الأسئلة التي تتعلّق بنظرية الأوتار وإجاباتها:

ما هي أساسيات نظرية الأوتار؟

تستخدم نظرية الأوتار نموذجًا لسلاسل أحادية بدلًا منالجسيمات في فيزياء الكم، ويصل طولها إلى ما يقرب من 1 ملليمتر في الحجم، وبالإضافة إلى هذه الأوتار فإنّ نظرية الأوتار تحتوي على أشياء أساسية أخرى مثل: الغشاء الذي يُمكن أن يكون له العديد من الأبعاد، حيث تنص بعض السيناريوهات والنظريات على أنّ العالم والكون قد يكون عالقًا داخل غشاء ثلاثي الأبعاد، ثمّ طُوّرت نظرية الأوتار بدايةً في السبعينات في محاولة لشرح بعض التناقضات مع سلوك الطاقة للهادرونات والجسيمات الأخرى في الفيزياء.^[٤]

ومن الجدير بالذكر أنّه يجب على الفيزيائيين تطبيق نظرية الاضطراب (Perturbation theory) للحصول على سلسلة من الحلول التقريبية للمسائل التي لم يتمكّن الرياضيات من حلّها، وهذه الحلول في النهاية قد تكون صحيحة أو غير صحيحة، وبعد التّوصل إلى هذه الحلول سيتوصل العلماء لنظرية كل شيء، ومن ضمنها حل مشكلة الجاذبية الكمومية، والتوفيق بين الفيزياء الكمومية مع النسبية العامة (General relativity)، وبالتالي التوفيق بين القوى الأساسية في الفيزياء نهايةً.^[٤]

ما هي أهم استخدامات نظرية الأوتار؟

استُخدِمت فكرة نظرية الأوتار لأول مرة في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي، حيث استُخدمت السلاسل لنمذجة البيانات القادمة من التصادمات دون الذرية في أوروبا، وقد قدّمت الأوتار طريقة رياضية جيدة لوصف القوة الشديدة وهي إحدى القوى الأربعة الأساسية في الكون والتي تربط النوى الذرية (Atomic nucleus) معًا، كما أنّها تجنّبت التناقضات التي حدثت للنماذج التي وَصفت الجسيمات بأنّها نقاط، حيث تمّ تغيير هذه الفكرة تحديدًا عام 1984م على يد المُنظّران مايكل جرين وجون شوارتز.^[٥]

ما هو هدف نظرية الأوتار؟

تهدف هذه النظرية إلى معالجة الألغاز النظرية المختلفة وأهمها عمل الجاذبية للأجسام الصغيرة مثل الإلكترونات والفوتونات، واستبدال كلّ جسيمات المادة والقوة في عنصر واحد ألا وهو الأوتار المهتزة الصغيرة التي تدور وتلتف بطرق مُعقدة، ومع اهتزاز هذه الأوتار بنوتات معيّنة تكتسب كل منها خصائصها.^[٦]

ما علاقة نظرية الأوتار بالزمكان؟

يحتوي الزمكان (Spacetime) على 10 أبعاد وفقًا لنظرية الأوتار الفائقة، أما الزمكان المُلاحظ فيحتوي على 4 أبعاد، ولكن للربط بين هذين النمطين يجب استخدام نظرية الأوتار من خلال إضافة 6 أبعاد في مساحة صغيرة أو كرة صغيرة من الفضاء، وقد لاحظ سترومينجر وفافا أنّ كمية الاضطراب في الثقوب السوداء كبير جدًا، والذي أدى لتصعيب فهم أنّه كيف لجسم بسيط مثل الثقب الأسود (Black hole) أن يُحدِث كل هذه الفوضى، ونتيجةً لذلك تمكّن سترومينجر وفافا من الحصول على القيمة الصحيحة لهذا الاضطراب على الثقوب السوداء التي تقع في منتصف المجرات، حيث سيؤدي هذا الحساب لتوضيح العلاقة بين الأوتار والجاذبية.^[٧]

هل نظرية الأوتار هي ذاتها نظرية الأوتار الفائقة؟

حاول آينشتاين باذلاً كلّ طاقاته في التوفيق بين نظرية الجاذبية والوصف الكميّ للعالم، لكنّه لم ينجح في ذلك قبل وفاته، وبعد مرور ما يُقارب 40 عامًا أُثبِتت نظريته من خلال اقتراح فكرة سُمّيت بنظرية الأوتار الفائقة وهي ذاتها نظرية الأوتار، والتي تصف عالمًا يحتوي على 10 أبعاد بعضها كبيرة تُعتبر حقيقية وعددها 4 أو 3، وبعضها الآخر يُعتبر ملتفًا أو مجهريًا وعددها 6 أو 7 وهي التي تُحدّد خصائص هذا العالم، والذي يَسهُل فيه التمييز بين الزمان والمكان.^[٧]

إنّنظرية الأوتار الفائقة توضّح أنّه لا توجد جسيمات أولية كالإلكترونات أو الكواركات بل هناك الكثير من الخيوط أو الأوتار المهتزة، وكل وتر مُهتز يتوافق مع جُسيم مختلف يُحدّد شُحنته وكتلته، ومن الجدير بالذكر أنّ هذه الأوتار هي المكوّن الأساسي للمادة.^[٧]

تُعنى نظرية الاوتار بدمج ميكانيكا الكم مع النظريّه النسبيّة باعتبار الجسيمات خيوطاً أحاديّة الأبعاد تهتز لتندمج مع جسيمات أخرى مختلفة الخصائص، كما استطاعت هذه النظريه توضيح فكرة الأكوان المتعدده، وقدّمت طريقة رياضية لوصف القوة الشديدة التي تربط النوى الذرية معًا، حيث اعتمدت على مفهوم الأوتار المهتزة الصغيرة في تفسير الكثير من النظريات المتعلقه بالجاذبية للفوتونات و الإلكترونات، ويمكن تسمية نظرية الأوتار بنظرية الأوتار الفائقة والتي تشرح خصائص الكون عن طريق الجمع بين نظرية الجاذبية و الوصف الكمّي للعالم التي بدأها آينشتاين مسبقاً.

المراجع

1. ↑ Brian Greene (27/5/2021), "string theory", britannica, Retrieved 21/6/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت} Andrew Zimmerman Jones, Daniel Robbins, "String Theory: Parallel Universes and the Multiverse", dummies, Retrieved 21/6/2021. Edited.
3. ↑ Robbert Dijkgraaf, "There Are No Laws of Physics. There’s Only the Landscape.", quantamagazine, Retrieved 21/6/2021. Edited.
4. ^ ^{أ ب} Andrew Zimmerman Jones (2/3/2019), "The Basics of String Theory", thoughtco, Retrieved 21/6/2021. Edited.
5. ↑ Adam Mann (20/3/2019), "What Is String Theory?", livescience, Retrieved 21/6/2021. Edited.
6. ↑ Charlie Wood (11/7/2019), "What Is String Theory?", space, Retrieved 21/6/2021. Edited.
7. ^ ^{أ ب ت} "Superstrings", nasa, Retrieved 21/6/2021. Edited.