random
أخبار ساخنة

كيف نشأة الكون على حسب نظرية الأوتار الفائقة

عبدالله
الصفحة الرئيسية

كيف نشأة الكون على حسب نظرية الأوتار الفائقة



نظرية تفترض وجود اكثر من 26 بُعدًا ووجود كائنات ذات كتل مختلفة وفي بعض الأحيان خيالية من شأنها أن تتسبب في انهيار فيزياء الكون ، وفكرة أن الجسيمات والقوى هي نتيجة لتحفيز الأنماط الاهتزازية ... نظرية الأوتار ، وكل ما يدور حولها ، شيء مذهل. ولكن هل هي نظرية ناجحة بالفعل؟ نحن هنا في هذا المقال سوف نتعامل مع أربعة أبعاد فقط ، ثلاثة منها للفضاء والرابع للوقت ، مما يعني أن لدينا 22 بعدًا إضافيًا لن نتحدث عنهم هنا.


الكون من خلال الاوتار


بداية نظرية الأوتار الفائقة ومن اين جائت.


أساس نظرية الأوتار


تقول النظرية : أن كل مادة تتكون في الكون من أوتار صغيرة أحادية البعد ، وليست جسيمات نقطية (وهي بطبيعتها عديمة الأبعاد). ووفقًا لنظرية الأوتار ، فإن "الأوتار" المتكونة هي أجزاء صغيرة من الطاقة النقية ، وتعتبر هي أصغر المكونات للمادة وتفاعل القوى في كوننا. وطول السلاسل الكمومية العامة يقدم مابين 10-33 سم ، وهذا الحجم يعتبر صغير بشكل مدهش.



وبالنسبة لمقترحي نظرية الأوتار ، في نظرهم يتم تحديد كل شيء في الكون مثل (الهادرونات ، والبوزونات ، والفرميونات ، والكواركات ، واللبتونات ، وحاملات القوة مثل الفوتونات) من خلال نمط الاهتزاز (والاتجاه أيضًا عادةً) للأوتار.



نظريات الأوتار التقليدية تشمل نوعين من الأوتار ، الأوتار المفتوحة والأوتار المغلقة. بالعادة يكون للأوتار المفتوحة طرفان ويختلفان في عن بعضهما بالطول. ومن ناحية أخرى فإن الأوتار المغلقة ليس لها نهايات ، وعادة ما تكون دائرية الشكل (طبعًا إذا لم تكن في وضع التأرجح ). ومن المفارقات أن بعض هذه النظريات تتضمن أوتارًا مفتوحة ، لكن الأغلب تتطلب أوتارًا مغلقة.



جوبستر ، مؤلف كتاب "The Little Book on String Theory" وأستاذ فيزياء في جامعة برينستون ، كتابه يلخص النظرية بشكل جميل ، مؤكدًا أن "نظرية الأوتار تهدف إلى أن تكون صورة شاملة ، يكون فيها كل جسيم هو نمط اهتزازي مختلف من سلسلة ".



"النمط الاهتزازي" للوتر هو ببساطة ليس سوى طريقة متحذلقة لتحديد الطريقة التي يهتز بها. إليكم هذا المثال : إذا اهتزت احد الأوتار بطريقة ما ، ولم تكن الطريقة A ، فقد تُظهر خصائص كوارك علوي. إذا كان لدينا وتر آخر له نفس الخصائص ، فسوف نحصل على وترين بهما اهتزاز من النوع A ، أو اثنين من الكواركات العلوية. ولكن في حال، إذا كان لدينا سلسلة ثالثة تهتز بطريقة B ، وتتصرف ككوارك سفلي ، فسوف يتم تلخيص التفاعل الناتج بين الأوتار الثلاثة على النحو التالي: A + A + B ، أي كواركان علويان و كوارك سفلي واحد وبهذه المعضلة ينتج البروتون.



ملاحظة: على الرغم من أن علامة الجمع أشارة لعملية رياضية بحتة ، إلا أنها يمكن أن تعبر عن التفاعلات بين هذه "الكواركات" الجديدة ، وتلعب دور الوتر في حد ذاتها!
يطلق علماء نظرية الأوتار على هذه الجسيمات اسم gluons المسؤولة عن القوة النووية القوية ، ولا يمكن لهذه الجسيمات أن توجد بشكل مستقل عن مثل هذه الأنظمة الكمومية.



علاقة نظرية الأوتار بالكون

إليكم المثال بالطريقة المعاكسة:


 البروتون هو جسيم معقد (أو هادرون) يتكون من كواركين علويين وكوارك سفلي واحد ، وكل من هذه الكواركات هي تجسيد للوتر الذي يمثله. في نظرية الأوتار ، تحتوي الكواركات على أجزاء من الطاقة الموجودة في سطح أحادي البعد ، أي الطول. إذا كان الكائن له طول فقط ، فيجب أن يكون نحيفًا بشكل غير محدود ، أي ليس له اي عرض بشكل نهائي، وبالتالي يجب أن نتخيله كخط. فضل العلماء استخدام "الأوتار" بدلاً من "الخطوط" لأن الأوتار مرنة وقابلة لتمدد ، ويمكن ثنيها بعدد كبير جدًا من الطرق ، مما ينتج عنه مجموعة واسعة جدًا من الأنماط الاهتزازية ، أو "النغمات".



...البرينات ونظرية الأوتار الفائقة...


نظرية بارنز والأوتار الفائقة


على الرغم من موقعها في العديد من المجالات ، وفي الاخص في علم الكونيات وميكانيك الكم ، فإن نظرية الأوتار الفائقة تحتوي على بعض العيوب يمكن أن تقلب الكون رأسًا على عقب. النظرية تقدم فرضية تعتبر معقولة حول التفاعلات على المستوى الكمومي ، من مكونات الكواركات إلى الجرافيتون الذي طال البحث عنه ، وهو الجسيم عديم الكتلة مسؤول عن تفاعلات الجاذبية بين الأجسام وهو ذو رقم مغزلي صحيح +/- 2.



من ناحية أخرى ، تكمن المشكلة في الرياضيات المعقدة لنظرية الأوتار ، والتي تتطلب 26 بعدًا مكانيًا لتكون ناجحة. على الرغم من أن هذا الرقم كبير جدًا ، إلا أنه من الممكن تحريف أو طي هذه الأبعاد في مناطق ضيقة من الزمكان ، وبالتالي قد يكون من الممكن تقليل العدد إلى أربعة. إن وجود ستة وعشرين بعدًا من أبعاد الزمكان في نظرية الأوتار يعني أن هناك مشاكل كبيرة ،


اثنتان منها:


1 لا تسمح نظرية الأوتار "البوزونية" (وهي نظرية الأوتار الأصلية) بوجود الفرميونات (البروتونات ، النيوترونات ... إلخ) ، وتسمح فقط بوجود حاملات القوة (البوزونات ، ومن هنا مصطلح بوزونيك) ، وهذا يتناقض طبيعة الكون التي يمكن ملاحظتها.



2 عندما يكون هناك ستة وعشرون بعدًا للزمكان ، فإن هذا يتطلب وجود التكيون فيه. قد يبتهج محبو Star Trek بهذا ، لكن التاكيون مكروهون في نظرية الأوتار ، لأن لديهم خصائص الكتلة السالبة ، والتي تعني عمومًا الكتلة التخيلية ، وهم عرضة لعدم الاستقرار الذي يصفه العلماء بالتاكيون. عندما يكون هناك كون يحتوي على مكونات الكتلة السالبة أو الخادعة ، تصبح بعض المفاهيم والقياسات في الكون خادعة أيضًا.




هذا هو المكان الذي تأتي فيه نظرية الأوتار الفائقة.


من خلال تقليل عدد الأبعاد من 26 إلى 10 ، قضت نظرية الأوتار الفائقة على مشكلة تاكيون ، مع الحفاظ على الجرافيتون (ملاحظة جانبية ، على الرغم من وجود خمسة أنواع من نظرية الأوتار الفائقة ، إلا أنها أصبحت تُعرف بالطرق البديلة لوصف نفس النظرية المعروفة بنظرية M ، خلال الثورة الثانية لنظرية الأوتار الفائقة).



تشير كلمة "فائقة" في النظرية ببساطة إلى "التناظر الفائق" ، مما يعني أن الجسيمات في النموذج القياسي لها نظائر فائقة التناظر أو نظائر "نظائر فائقة". أمثلة على هذه النظائر الفائقة هي s-quarks (لقد خمنت ... squarks) للكواركات و s-Higgs (أو Chiggs) لـ Higgs boson ، و s-electons (selectrons) للإلكترون ، وما إلى ذلك.


مفاهيم نظرية الأوتار

أحد المفاهيم المعقدة العديدة في نظرية الأوتار الفائقة:


هي الأغشية. إنها تشبه السلاسل ، ولكنها قد تأخذ أي عدد من أبعاد الامتداد المكاني. تقع معظم هذه الكائنات خارج أفق الحدث الفريد ، ويمكن أن تختلف في الأبعاد (والبنية): من الجسيمات النقطية ، إلى الأشكال الحلقية أو الأنبوبية ، إلى الهياكل متعددة الأبعاد التي تتطلب رياضيات معقدة للغاية لتصورها.



تُعرف دراسة هذه الهياكل باسم "علم الكونيات البدائي". كما في حالة الإلكترون والبوزيترون والعديد من الجسيمات الأخرى التي تم التنبؤ بوجودها قبل عقود من اكتشافها الفعلي ، توفر نظرية الأوتار الفائقة رؤية شاملة للأغشية والخيوط ونماذج الجاذبية الكمومية.



من ناحية أخرى ، لم يتم اكتشاف النظائر الفائقة بعد.
على الرغم من إجراء الكثير من الأبحاث الواعدة في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) ، فمن المتوقع أن تكون النظائر الفائقة للجسيمات التي لوحظت في النموذج القياسي أكبر بكثير ، وبالتالي ستحتاج إلى طاقة أكثر مما يمكن أن يكون. المنصوص عليها في LHC ، أي النظائر الفائقة ، إن وجدت. حاليا ، هو خارج قدراتنا التقنية.




بعد كل شيء ، ستواجه نظرية الأوتار الفائقة الكثير من المعارضة والنقد بدون هذه الجسيمات فائقة التناسق (تسمى جزيئات x ، كما قد تكون خمنت).

google-playkhamsatmostaqltradent