+- تالار گفتگو ستاره‌شناسان (https://www.astrotalk.ir)
+-- انجمن: اخترفیزیک و کیهانشناسی (https://www.astrotalk.ir/forumdisplay.php?fid=9)
+--- انجمن: کیهانشناسی (https://www.astrotalk.ir/forumdisplay.php?fid=61)
+--- موضوع: نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) (/showthread.php?tid=1031)
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) - Virologist - 09-11-2009
به لحاظ تاريخي نظريه‌ي ريسمان به عنوان توضيحي براي رابطه‌ي مشاهده شده بين جرم و اسپين ذرات ويژه‌اي به نام هادرون (hadron) كه شامل پرتن و نوترن است پيشنهاد شد. اين‌جا نظريه كار نمي‌كرد ولي سرانجام الكتروديناميك كوانتومي (Quuantum Electrodynamics) – نظريه‌اي كه برهم‌كنش هاي ميان كوارك‌ها و برهم‌كنش‌هاي ميان پرتن‌ها و نوترن‌ها را در چارچوب نظريه‌ي كوانتم توصيف مي‌كند- نظريه‌ي بهتري براي هادرون‌ها اثبات كرد.
همان‌طور كه پيش‌تر ديديم اگر نظريه‌ي كوانتومي خوبي براي گرانش موجود باشد، گراويتون مي‌تواند جرم صفر و اسپين 2 داشته باشد. اين موضوع پيش‌گامان نظريه‌ي ريسمان را بر آن داشت كه اين نظريه را نه‌تنها براي توصيف رفتار هادرون‌ها بلكه به‌عنوان يك نظريه‌ي گرانش كوانتومي (همان آرزوي ديرين فيزيك نظري) در تلفيق گرانش و ذرات معرفي كنند.
بالاخره نظريه‌ي ريسمان چيست!؟
گيتاري را در نظر بگيريد. حتماً مي‌دانيد كه آلات موسيقي زهي زماني صداي خوبي خواهند داشت كه كوك شده باشند. يعني تاحد مشخصي كشيده شده باشند. بسته به اين كه اين تارها چه‌قدر كشيده شوند و چه‌مقدار تنش را تحمل كنند، نت‌هاي موسيقي متفاوتي توليد مي‌شود كه اين نت‌ها را مي‌توان حالت‌هاي برانگيخته‌ي تار كشيده شده‌ي گيتار دانست.
ادعاي نظريه‌ي ريسمان نيز كمابيش همين است. انديشه‌‌ي نهفته در نظريه‌ي ريسمان اين است كه همه‌ي انواع ذرات بنيادين مدل استاندارد تنها نمودهايي از يك شيئ بنيادي‌تر هستند: يك ريسمان.
چگونه؟ به عنوان مثال الكترون را كه ذره‌اي بدون ساختار داخلي (يعني مثل يك نقطه است!) است، در نظربگيريد. يك نقطه تنها كاري كه مي‌تواند انجام دهد اين است كه حركت كند. ولي اگر نظريه‌ي ريسمان درست باشد، آن‌گاه در زير ميكروسكپ خيلي خيلي خيلي قوي مي‌توانيم ببينيم كه الكترون در واقع يك نقطه نيست. بلكه يك حلقه‌ي كوچك ريسماني است. يك ريسمان مي‌تواند غير از حركت كارهاي ديگري نيز انجام دهد. مثلاً مي‌تواند به روش‌هاي مختلف نوسان كند. اگر به صورت خاصي نوسان كند ما آن را يك الكترون مي‌بينيم و اگر به صورت‌هاي ديگري نوسان كند آن را يك فوتون، يك كوارك، يا ... مي‌بينيم. بنابراين اگر نظريه‌ي ريسمان درست باشد، تمام هستي از ريسمان درست شده است.
براساس اين نظريه ذرات بنياديني كه مثلاً در شتاب‌دهنده‌ها مشاهده مي‌كنيم - مثل نت‌هاي موسيقي – حالت‌هاي برانگيخته‌ي يك ريسمان بنيادي هستند. در نظريه‌ي ريسمان – درست مثل وقتي كه گيتار نواخته مي‌شود- ريسمان بايد تحت يك تنش مشخص قرار بگيرد تا برانگيخته شوند. اما ريسمان‌ها در نظريه‌ي ريسمان در فضازمان شناور هستند و انتهاي آن‌ها به گيتار بسته نشده است با اين وجود تنش دارند. تنش در نظريه‌ي ريسمان با كميت ( 'p1/2p?) مشخص مي‌شود كه در آن 'a» ، a پريم» تلفظ مي‌شود و برابر با مربع طول ريسمان است.
اگر نظريه‌ي ريسمان نظريه ي گرانش كوانتومي خوبي باشد اندازه‌ي متوسط يك ريسمان بايد در حدود اندازه‌ي طول گرانش كوانتومي كه طول پلانك ناميده مي‌شود و حدود 33-10 سانتي متر است . تصوري از اين طول داريد؟ اين طول حدود يك ميليونيم ِ يك ميليارديم ِ يك ميليارديم ِ يك ميليارديم ِ يك سانتي متر است!!
متاسفانه، اين به اين معنا ست كه ريسمان‌ها خيلي خيلي كوچك‌تر از اين هستند كه با فناوري‌هاي كنوني فيزيك ذرات قابل ديدن باشند و بنابراين ريسمان‌كارها به جاي تلاش براي مشاهده‌ي مستقيم اين ريسمان‌ها بايد
روش‌هاي هوش‌مندانه‌تري براي آزمودن اين نظريه در آزمايش‌ها ي ذرات به‌كار گيرند.
شايد برجسته‌ترين چيز در مورد اين نظريه اين باشد كه چنين ايده‌ي ساده‌اي كار مي‌كند و حتا مي‌توان آن را به عنوان تعميمي براي مدل استاندارد در نظرگرفت. يعني مي‌توان مدل استاندارد را كه به لحاظ تجربي با دقتي باورنكردني اثبات شده‌است ، به عنوان حالت خاصي از اين نظريه در نظر گرفت.
ممكن است گفته شود كه تا اين تاريخ هيچ شاهد تجربي مستقيمي كه نشان دهد نظريه‌ي ريسمان توصيف درست طبيعت است وجود ندارد. اين موضوع اساساً به اين خاطر است كه نظريه‌ي ريسمان هنوز در حال توسعه است. ما بخش‌هاي كوچكي از آن را مي‌شناسيم ولي تاكنون تمام تصوير را نديده‌ايم و بنابراين نمي‌توانيم پيش‌بيني‌هاي قطعي و روشني داشته باشيم. در سال‌هاي اخير، پيش‌رفت‌هاي چشم‌گيري رخ داده است كه دانش و فهم ما را به‌طور ريشه‌اي نسبت به اين دانش ارتقا داده است.
نظريه‌هاي ريسمان بنابر اينكه ريسمان‌ها حلقه‌هايي باز باشند يا بسته ويا اينكه آيا طيف ذرات شامل فرميونها باشد يا نه طبقه‌بندي مي‌شوند.
براي آن‌كه فرميونها در نظريه‌ي ريسمان گنجانده شوند بايد وجود نوع خاصي از تقارن به نام ابرتقارن مفروض باشد. براساس اين تقارن جديد به‌ازاي هر بوزون (ذره‌اي با اسپين صحيح كه نيرو را جابه‌جا مي‌كند) يك فرميون متناظر (ذره‌اي با اسپين نيمه صحيح كه ماده را مي‌سازد) وجود دارد. به كمك تحليل رياضي به سرعت مشخص مي‌شود كه ذرات بنيادي شناخته شده تحت ابرتقارن شريك يكديگر نيستند. بنابراين به‌جاي فرض اين كه ابرتقارن بوزون‌ها و فرميونها را به هم مربوط مي‌كند مي‌توان فرض كرد ابرتقارن بوزون‌ها و فرميون‌هاي شناخته شده را به بوزون‌ها و فرميون‌هايي كه تاكنون شناخته نشده‌اند ، مرتبط مي‌كند. اين بي‌درنگ تعداد ذرات در باغ وحش ذرات را دوبرابر مي‌كند و نيزما را وادار مي‌كند به دنبال توجيهي براي نيمي از ذرات كه ناشناخته‌اند بگرديم. ولي در هر حال با فرض وجود ابرتقارن بسياري از مشكلات حل مي‌شود.
هرچند همتاهاي ابرتقارني ذرات شناخته‌شده‌ي كنوني تا امروز در آزمايش‌گاه ديده نشده‌اند نظريه‌پردازان معتقدند ذرات ابرتقارني پرجرم‌تر از آن هستند كه با شتاب‌دهنده‌هاي كنوني آشكار شوند.
گواه تجربي وجود ابرتقارن در انرژي بالا ممكن است گواه قانع‌كننده‌اي باشد كه نظريه‌ي ريسمان مدل رياضي خوبي براي طبيعت در كوچك‌ترين مقياس‌هاي فاصله است.
چند نظريه‌ي ريسمان وجود دارد؟
چند روش براي ساختن نظريه‌ي ريسمان وجود دارد. با بنيادي‌ترين چيز آغاز مي‌كنيم: يك ريسمان خيلي خيلي كوچك كه مانند كرم جابه‌جا مي‌شود. اين ريسمان مي‌تواند باز يا بسته باشد. در عين حال نظريه‌ي مذكور مي‌تواند فقط به بوزون‌ها منحصر باشد يا فرميونها را نيز دربربگيرد. اگر بخواهيم ريسمان‌ها ماده را نيز توصيف كنند به اين نتيجه مي‌رسيم كه به ابرتقارن احتياج داريم واين يعني تناظري يك به يك بين بوزون‌ها و فرميونها وجود دارد. يك نظريه ي ريسمان ابرتقارني،نظريه‌ي ابرريسمان ناميده مي‌شود.
درنظريه‌ي ريسمان بوزوني تعداد ابعاد فضا زمان 26 تا بدست مي‌آيد. با فرض وجود ابرتقارن اين تعداد به 10 تا كاهش پيدا مي‌كند. ما سه بعد زماني و يك بعد زمان را مي‌شناسيم ولي با 6 بعد ديگر چه كنيم؟ چند توجيه براي حل مشكل ابعاد ناشناخته وجود دارد. صبور باشيد به‌موقع در اين مورد هم صحبت مي‌كنيم.
5 نوع نظريه ي ريسمان وجود دارد كه در جدول زير نشان داده شده است:
نوع
بعد فضازماني
جزئيات
بوزوني
26
تنها بوزون‌ها- هيچ فرميوني با آن توضيح داده نمي‌شود. بنابراين تنها منحصر به نيروهاست. ريسمانهاي باز وبسته، هردو، را شامل مي‌شود. ذره‌اي با جرم موهومي به‌نام تاخيون(tachyon) در آن وجود دارد.
I
10
ابرتقارن بين ماده و نيرو، باريسمان‌هاي باز وبسته، بدون تاخيون، گروه تقارني
(32)SO
IIA
10
ابرتقارن بين ماده ونيرو، فقط با ريسمانهاي بسته، بدون تاخيون
IIB
10
ابرتقارن بين ماده ونيرو، با ريسمانهاي بسته، بدون تاخيون
HO
10
ابرتقارن بين ماده و نيرو، ريسمانهاي بسته، بدون تاخيون، معناي حركت راست و چپ در آن متفاوت است، گروه تقارني (SO(32
HE
10
ابرتقارن بين ماده ونيرو، ريسمان هاي بسته، بدون تاخيون، حركت راست و چپ متفاوت، گروه تقارنيE8XE8
ابعاد ناشناخته
شايد اين مسئله حيرت‌انگيزترين و شگفت‌انگيزترين عنصر اين نظريه است.براي تصور آن كه اين ابعاد اضافي چه هستند دو روي‌كرد وجود دارد:
• يكي اين كه همه‌ي اين بعدهاي ناشناخته كنار ما هستند وتنها به شدت در هم پيچيده‌‌شده‌اند. يك شلنگ باغ‌باني بلند را در تصور كنيد كه به صورت افقي و مستقيم روي زمين قرار گرفته است. وقتي در فاصله‌ي دوري نسبت به اين شلنگ ايستاده‌ايم، آن‌را يك خط مستقيم بدون ضخامت مي‌بينيم. يعني تصور مي‌كنيم ان تنها يك بعد چپ-راست (در امتداد گسترش افقي) دارد. اما اگر كمي به آن نزديك‌تر شويم يا به كمك يك دوربين دوچشمي با درشت‌نمايي بالا به آن نگاه كنيم، ضخامت شلنگ در امتداد ساعت‌گرد-پادساعت‌گرد را نيز تشخيص خواهيم داد. ممكن است مشابه اين مسئله در مورد هستي پيرامون ما نيز مصداق داشته باشد. يعني ممكن است ابعاد بزرگ(مثل امتداد افقي شلنگ) به راحتي ديده شوند ولي ابعاد كوچك‌تري نيز موجود باشند كه فعلاً هيچ ابزار درشت‌نمايي (مثل دوربين دوچشمي) براي آشكارسازي آن‌ها ساخته نشده است.
• روي‌كرد دوم اين است كه ابعاد اضافي كه ما آن‌ها را نمي‌بينيم ممكن است درست شبيه ابعاد ديگري كه مي‌بينيم باشند ولي تنها به اين دليل كه ما به واسطه‌ي نور اشيا را مي‌بينيم، از ديد ما پنهان مانده باشند. ممكن است نور در سه بعد قابل مشاهده‌ي ما به دام افتاده باشد و امكان گريز به ابعاد ديگر را نداشته باشد و به همين دليل ابعاد ديگر از ديد ما مخفي مانده اند. تنها نيرويي كه به دام نمي‌افتد گرانش است. اگر اين تصور درست باشد شايد يك روز بتوان اين ابعاد اضافي را از طريق گرانش آشكارساخت. هم‌اكنون آزمايش‌هايي براي رسيدن به اين مقصود در جريان است.
ما آموخته‌اين كه تلاش‌هاي پيشين براي يكي كردن گراويتون به دلايل فني كه مربوط به نظريه ي ميدان كوانتومي است شكست مي‌خورد.
آيا نظريه‌ي ريسمان آن‌قدر قدرت‌مند هست كه بر تمام كاستي‌ها چيره شود؟
roshd.ir
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) - Owl - 09-13-2009
سوال آخر بسيار مهمه. ريسمان؟ لوپ در كوانتم گرانشي؟ يا نظريه‌هاي جديد ديگري؟ فعلاً موازي با ريسمان نظريه هاي رقيب ديگري هم هستند كه بسيار هم قوي هستند. ريسمان ها در قالب رياضي زيباست. و همين زيبايي علي رغم دشواري باعث شده كه بسياري از اين نظريه حمايت كنند. ولي بين اينها تكنيك‌هاي رياضياتي هم هست كه جديداً 10 سال گذشته به طور جدي وارد همه‌ي نظريه‌ها شده. كسي كه ر يسمان يا كوانتم گرانشي يا برعكسش كار مي‌كنه، بايد هندسه بلد باشه و تمامي مباحث هندسه. البته اين هندسه كه مي‌گم ساختارش با اون چيزي كه ممكنه ذهنيت داشته باشيد فرق كنه.
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) - zb7373 - 03-17-2010
من یه سوال داشتم.اینجا نوشته بود که الکترون ها ذرات بنیادی هستند ولی ریسمان های کیهانی ذرات بنیادی تر هستند.خب از این جمله دو جور میشود برداشت کرد.اول اینکه الکترون ها از چند ریسمان کیهانی تشکیل شدند یا یک الکترون یک ریسمان کیهانی است که به حالت خاصی نوسان پیدا کرده.اگر کسی پاسخ را میداند لطفا اعلام کند.ممنون
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) - Owl - 03-23-2010
سلام
سال نو مبارک.
من اول یک اصطلاح رو تعریف کنم:
1. ریسمان کیهانی به رشته ای از کهکشان ها گفته می شود که نزدیک هم و در نزدیکی هم هستند و انگار ریسمان تشکیل می دهند.
2. ریسمان در ذرات بنیادی کاملاً با ریسمان در اخترفیزیک تفاوت داره. اون در ابعاد بزرگه و این در ابعاد ذرات بنیادی (کوانتمی) است.
پس حالا باید سوالتون رو با توجه به تعریف بالا تغییراتی بدید. ولی من اگر وقت کردم ادامه ی جوابم رو می نویسم تا کلاً جواب سوال رو داده باشم.
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) - zb7373 - 03-24-2010
سلام.سال نو مبارک.
ببخشید من زیاد با اصطلاحات آشنا نبودم.خب سوال من اینه که ذراتی مثل الکترون یا کوارک ها از چند ریسمان تشکیل شدند یا مثلا یک الکترون یک ریسمان است که حالت ارتعاشی دارد؟
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) - Owl - 03-25-2010
به هر ذره با مشخصات خاص يك ريسمان با مشخصات فيزيكي معيني نسبت داده ميشه.
http://en.wikipedia.org/wiki/String_theory
http://www.superstringtheory.com/basics/index.html
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) - solitary star - 06-09-2010
Owl نوشته: 2. ریسمان در ذرات بنیادی کاملاً با ریسمان در اخترفیزیک تفاوت داره. اون در ابعاد بزرگه و این در ابعاد ذرات بنیادی (کوانتمی) است.
سلام
التبه ریسمان های کیهانی ممکنه نسبت بسیا نزدیکی با ریسمان های فوق العاده کوچکی داشته باشند که نظریه ی ریسمان ها میگه اونها بنیاد تمامی ماده و انرژی جهان هستند به اینصورت که توی سیر انبساط جهان این ریسمان ها قابلیت کش اومدن در ابعاد کیهانی رو دارن و این باعث تشکیل چنین ریسمان های غول پیکری شده,در واقع همین شکستگی های یک بعدی در ساختار فضا-زمان تونستن اساس شکل گیری کهکشان ها و خوشه های کیهانی باشن چون گرانش ایجادشده به وسیله اونها برای ایجاد هسته خوشه ها بسیار مناسب بوده
البته سه روش کلی برای تبیین چگونگی تشکیل این ریسمان ها وجود داره:
1.کش اومد یه ریسمان بنیادی بواسطه تورم
2.انجماد میدان های نیروی موجود در جهان اولیه
3.بواسطه برخورد یک جهان با جهان دیگه ریسمان ها در هردو جهان تولید میشن
البته الان دانشمندها دارن با هلیوم3 یه کارایی انجام میدن
بدین صورت که این ایزوتوپ هلیوم رو تا دمای دوهزارم درجه بالای صفر مطلق به یه ابرشاره تبدیل میکنن که میتونه بدون هیچ اصطکاکی جریان پیدا کنه و رفتاری مشابه رفتار خلا کوانتومی داشته باشه و وقتیکه هلیوم3 وارد فاز ابرشارگی میشه از دیدگاه مکانیک کوانتومی رفتاری عملا مشابه ریسمان های کیهانی از خودش بروز میده....
البته این بحث بسیار طولانیه و من به همین مقدار توضیح بسنده کرده ام
پیروز باشید
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) - Owl - 06-11-2010
دراين مورد منابع خودتون رو معرفي كنيد و من فقط بدونم در چه سطحي مي‌تونم بحث كنم تا به زبان ساده براي بچه‌هاي ديگر هم بحث ادامه پيدا كنه.
در مورد ريسمان‌ها جداي از اينكه نظريه هستند و بايد منتظر برخورد دهنده‌ه‌ي هادروني و چند آزمايش جالب ديگر در حوزه‌ي ذرات باشيم، احتمالا شما در مورد برخورد يون‌هاي سنگين نوشتيد. در مورد احتمال دنياهاي موازي كه اصلاً نميشه بحث علمي كرد. فعلاً تخيله. تجانس ريسمان كيهاني و ابعاد ريز فقط به اين نكته‌ي مهم برمِ‌گرده كه آيا ذرات بنيادي يا بگيم ريسمان(فرض قبول ريسمان) در انرژي‌هاي پايين چه رفتاري دارند تا بگوييم ريسمانهاي كيهاني به معناي فضا-زماني اون رفتار مشابه و از يك "جنس" دارند. اين مسأله‌ي مهميه. اين يك بعد قضيه است البته.
نظريه‌ي ريسمان (قسمت سوم) - solitary star - 06-11-2010
منبع من مجله نیوساینتیست اه که البته شماره اش یادم نیست!
در مورد جهان های موازی:اونجوری که من یادم میاد یه ازمایشی انجام داده بودن بازم با همین هلیوم3 مایع!که تا دمای150 میکرو کلوین(خیلی مطمئن نیستم)سرد کردن رو تویه محفظه ی استوانه ای میذارن به این ترتیب هلیوم3 در فاز ابرشارگی قرار میگیره بعد اونها با یه میدان مغناطیسی قوی اومدن راستای چرخش اتم هارو در مقطع مرکزی استوانه عوض کردن ولی این مقطع هلیومی از دوطرف با اتم هایی که امتداد چرخششون عوض نشده بود احاطه شده بودن هر کدوم از این دو صفحه از نظر ریاضی یه رفتاری شبیه به ابرصفحه ها رو توی نظریه ریسمان ها بروز میدادن وقتی که اومدن اون میدان مغناطیسی رو قطع کردن حالت میدان اون مقطع هلیومی از بین رفت و در نتیجه اون دو تا صفحه به هم برخورد کردند و از برخورد این دو تا صفحه یا بهتر بگم ابرصفحه توده ای از جریان های ریسمان مانند توی هلیوم ایجاد شد البته مشابه همین پدیده توی بلورهای مایع و ابررسانا ها و شاره هایی که با گرم شدن در آستانه ی جریان همرفتی قرار میگیرن هم ایجاد میشه و توی همه ی این پدیده ها وقتی گذار فاز اتفاق میفته مقدار زیادی از ساختارهای ریسمان مانند تشکیل میشه
خیلی عذر میخوام که بیانم عامیانه بوده چون شرح این ها با زبان عامیانه برام راحت تر بود اینطور بیان کردم :oops:
حتما شماره ی مجله رو پیدا می کنم و عرض می کنم خدمتتون
ممنون میشم اگه اطلاعاتتون رو در هر سطحی در اختیارم قرار بدید
متشکرم/
پیروز باشید
p.s.ابر صفحه=جهان های موازی