اینشتین و انقلاب در فیزیک: نگاهی ساده به نظریه نسبیت
قسمت سوم: نسبیت و دگرگونی زمان
قسمت سوم: جهانِ پنهان در ریسمان‌ها – آغازی برای وحدت
تا اینجا فهمیدیم که دنیای فیزیک دو پادشاه دارد: نسبیت عام و مکانیک کوانتومی. هر کدام در دنیای خودش عالی کار می‌کند، اما نمی‌توانند با هم کنار بیایند. این تناقض، دانشمندان را دهه‌هاست درگیر کرده.
در فصل‌های ۵ و ۶ کتاب، میچیو کاکو سراغ نظریه‌ای می‌رود که ادعا می‌کند می‌تواند صلح برقرار کند! اسمش چیست؟ نظریه ریسمان‌ها. این نظریه می‌گوید جهان نه از ذرات نقطه‌ای، بلکه از ریسمان‌های ریز لرزان ساخته شده است.
دنیای کوچک‌تر از کوچک
بیایید اول کمی به دنیای ذرات نگاه کنیم. اگر یک ذره، مثلاً یک الکترون را زیر میکروسکوپ ببینی (البته در خیال، چون نمی‌شود دید)، در فیزیک کلاسیک آن را مثل یک نقطه می‌دانند. نقطه‌ای که جرم و بار دارد ولی اندازه ندارد.
اما نظریه ریسمان‌ها می‌گوید این دید اشتباه است. الکترون در واقع یک ریسمان بسیار کوچک و مرتعش است. این ریسمان می‌لرزد، و نوع لرزشش تعیین می‌کند که آن ذره چیست: الکترون؟ فوتون؟ کوارک؟ همه‌شان فقط حالت‌های مختلف لرزش یک چیز هستند!
مثال ساده:
فکر کن یک تار ویولن داری. اگر آن را به یک شکل خاص بنوازی، صدای «دو» درمی‌آید. اگر با انگشت جای دیگری را بگیری، صدای «ر» می‌دهد. در نظریه ریسمان، تمام ذرات مثل نت‌های مختلف یک تار هستند. نوع ارتعاش = نوع ذره!
چرا این ایده جذاب است؟
زیرا با این نگاه، می‌توان همه‌ی نیروها و ذرات طبیعت را به یک موجود بنیادی نسبت داد: همان ریسمان. دیگر خبری از لیست بلندبالای ذرات مختلف نیست. همه‌شان فقط شکل‌های مختلف لرزش‌اند.
کاکو می‌گوید اگر این درست باشد، آن‌وقت می‌توان معادله‌ای نوشت که تمام قوانین طبیعت را در بر بگیرد. همان چیزی که اینشتین دنبالش بود. همان «معادله خدا».
ولی یک مشکل بزرگ وجود دارد…
نظریه ریسمان‌ها با فیزیک فعلی نمی‌خواند – مگر اینکه یک چیز عجیب را بپذیریم: جهان ما بیش از سه بعد فضایی دارد!
ما دنیا را در سه بعد می‌شناسیم: طول، عرض، ارتفاع. به اضافه‌ی زمان، که می‌شود چهار بعد. ولی ریسمان‌ها برای اینکه کار کنند، نیاز به ۱۰ یا ۱۱ بعد دارند! این یعنی ۷ بعد اضافه که ما آن‌ها را نمی‌بینیم.
کاکو توضیح می‌دهد که این ابعاد اضافه در مقیاسی بسیار کوچک، تا شده‌اند و دیده نمی‌شوند. مثل لوله‌ی آب. از دور یک‌بعدی به‌نظر می‌رسد (خطی)، ولی اگر مورچه‌ای روی آن راه برود، می‌فهمیم در اطراف آن لوله هم بُعد وجود دارد.
مثال:
فرض کن روی یک برگ کاغذ زندگی می‌کنی. دنیا برایت فقط دو بعد دارد. ولی در واقع، یک نفر از بالا می‌تواند تو را ببیند، حرکتت را پیش‌بینی کند، و حتی با دستش دنیایت را تغییر دهد – چون در بُعدی بالاتر قرار دارد. نظریه ریسمان می‌گوید شاید ما هم روی «برگ»ی زندگی می‌کنیم، در حالی که ابعاد دیگری آن بیرون هستند که نمی‌بینیم‌شان.
از نظریه ریسمان تا نظریه M
در دهه‌ی ۸۰، پنج نسخه مختلف از نظریه ریسمان شکل گرفت. هرکدام با ریاضیات و ویژگی‌های متفاوت. فیزیکدان‌ها گیج شدند؛ آیا کدام درست است؟ چطور ممکن است پنج تا «نظریه همه‌چیز» داشته باشیم؟
در دهه‌ی ۹۰، ریاضیات نشان داد که این پنج نظریه، در واقع پنج صورت مختلف از یک نظریه عمیق‌تر هستند، که بعدها به آن گفتند: نظریه M.
کسی دقیقاً نمی‌داند M مخفف چیست – شاید Magic (جادو)، شاید Mystery (راز)، یا حتی Mother (مادرِ همه‌ی نظریه‌ها).
نظریه M یک بعد دیگر هم اضافه کرد: یازدهمین بعد. با این بعد جدید، ریسمان‌ها می‌توانستند به «غشا» تبدیل شوند – اجسامی دوبعدی، سه‌بعدی یا بیشتر که در فضاهای چندبعدی شناورند.
کاکو می‌گوید شاید کل جهان ما، یک غشا در یک فضای بالاتر است. و شاید حتی جهان‌های موازی زیادی وجود دارند – هرکدام در غشای خودشان، در ابعادی که ما نمی‌توانیم ببینیم.
پایان قسمت سوم: زمین لرزه‌ای در فیزیک
در فصل‌های ۵ و ۶، کاکو ما را با ایده‌ای آشنا می‌کند که می‌تواند بزرگ‌ترین کشف بشر باشد: اینکه تمام جهان از ریسمان‌هایی لرزان ساخته شده، در جهانی با ابعاد بیشتر از آنچه می‌بینیم. این ایده نه‌تنها می‌تواند دو دنیای متضادِ نسبیت و کوانتوم را آشتی دهد، بلکه احتمال وجود جهان‌های موازی، تونل‌های بین‌بعدی، و حتی پیش‌بینی آینده را مطرح می‌کند.
در قسمت بعدی، وارد فصل‌هایی می‌شویم که درباره‌ی تأیید تجربی نظریه ریسمان و تلاش برای آزمودن آن صحبت می‌کنند. آیا این نظریه فقط یک رؤیای زیباست؟ یا می‌توان آن را در آزمایشگاه ثابت کرد؟
