في نظرية الأوتار ، يمكنك الحصول على عدد أقل بكثير من الأكوان.

مصدر الصورة: Juergen Faelchle / Shutterstock

كما يقول بعض علماء الفيزياء الحديثة ، فإن مشكلة نظرية الأوتار (فيما يلي TS) هي أن هناك حاجة إلى الكثير من الأكوان لعملها. وفقا ل TS ، هناك $$$10 ^ {500}$إصدارات العالم ، لكل منها قوانينها الفيزيائية الخاصة. ولكن إذا كان أمامنا مثل هذا الطيف من خيارات النظام العالمي ، فكيف يمكننا تكييف النظرية لشرح مبادئ واقعنا؟

مرة أخرى ، كما يقترح معظم الفيزيائيين - وربما جميعًا - أن الأكوان الإضافية في الواقع في حالة مضغوطة ؛ هذا الافتراض ، بدوره ، يؤخذ من أجل تضمين نظرية نظرية ثبات الطاقة المظلمة (المشار إليها فيما يلي باسم TE) ، والتي لا تزال تعتبر القوة الدافعة الرئيسية للتوسع التضخمي للكون. ومع ذلك ، فإن بعض العلماء لديهم الرغبة في تدمير الأبعاد "الإضافية" ؛ في نفس الوقت يعلنون أن هذه ليست خطوة إلى الوراء ، بل هي اختراقة خطيرة في تحسين TS. للأسف ، لا يزال بقية المجتمع العلمي يعتقد أنه يجب الحفاظ على نهج "الأكوان المتعددة" ، وبشكل عام ، هذه ليست مشكلة.

دار نقاش حول هذا الموضوع المشتعل في اليابان ، في أواخر يونيو ، حيث تجمع أنصار نظرية الأوتار من جميع أنحاء العالم في مؤتمر Strings 2018 ("Strings 2018"). يقول أولف دانييلسون ، الفيزيائي بجامعة أوبسالا ، السويد: "أدت بعض الأفكار الجديدة إلى نقاش حاد حول بعض القضايا". بشكل أساسي ، تمحورت المناقشة حول ورقتين علميتين ( الأولى والثانية ) تم نشرهما على مورد الويب ArXiv خلال الشهر الماضي ، والتي ركزت على ما يسمى "المناظر الطبيعية" - وهي مجموعة غير مفهومة من الأكوان المحتملة التي ظهرت نتيجة لحل معادلات مختلفة تصف TS عالمنا بكل محتوياته ، بما في ذلك الطاقة المظلمة. كما يؤكد كلا العملين ، إذا قمت بسحب نظرية من "منظر طبيعي" ملائم إلى ما يسمى بـ "المستنقع" ، فإن الرياضيات تبدأ بالعرج وتناقض نفسها. على مر السنين ، هبطت العديد من القرارات مباشرة في "المستنقع" ، ولكن لم يعبر أحد بعد عن فكرة أن كل أو كل النتائج تقريبًا بناءً على مبدأ "المناظر الطبيعية" يجب أن تذهب إلى هناك. وكما قال كامران وفا ، الفيزيائي بجامعة هارفارد في المؤتمر: "من المحتمل جدًا أننا غير قادرين من حيث المبدأ على إيجاد الحل الصحيح لنظرية الأوتار التي تنطوي على الطاقة المظلمة".

خسر في الكون المتعدد

لطالما تم وضع نظرية الأوتار كمحاولة لوصف العالم من حولنا مع "نظرية كل شيء" واحدة ، من خلال إضافة أبعاد إضافية إليها واعتبار جميع الجسيمات مصغرة مصغرة تهتز باستمرار "سلاسل". العديد من أتباع TS لا يزالون يعتبرونها أنسب طريقة لتحقيق حلم ألبرت أينشتاين أخيرًا - للجمع بين النظرية النسبية العامة (GR) مع التأثيرات الكمية. علاوة على ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن "المشهد" ، الذي يتنبأ بسلوك العديد من الأكوان ، غالبًا ما يصد الفيزيائيين. يقول بول شتاينهاردت ، الفيزيائي بجامعة برينستون ، مؤلف أحد الأعمال المذكورة أعلاه التي تنتقد TS: "من وجهة نظري ،" المناظر الطبيعية تقتل نظرية لأنها تفقد القيمة كطريقة للتنبؤ. يرى شتاينهاردت وزملاؤه مخرجًا من المشكلات المكتشفة مؤخرًا في إضافة الطاقة المظلمة. يضيف دانييلسون: "هذه القصة التي تحتوي على مجموعة متنوعة ضخمة من المرجح أنها غير صحيحة من الناحية الحسابية. وهو أمر غريب للغاية ، لأن النظرية تتناقض بشكل أكثر تناقضًا مما كنا نعتقد".

بل على العكس من ذلك ، فإن بعض المنظرين ، مثل سافيدب سيتي من جامعة شيكاغو ، سعداء بما يحدث: "أعتقد أن هذا رائع. "لقد كنت متشككا في مفهوم" المناظر الطبيعية "منذ فترة طويلة ، ومن الجميل أن نسمع أن النموذج قد انتقل من نقطة الإيمان الأعمى في القدرة على إثبات كل هذه القرارات". ولكن لا يحب الجميع فكرة أن النتائج المستندة إلى "المناظر الطبيعية" يجب أن تكون في الواقع في "المستنقع" - خاصة فريق الباحثين الذين اقترحوا أحد الإصدارات الأولى من "المناظر الطبيعية" في عام 2003 ، والتي أطلق عليها KKLT بالحروف الأولى من أسماء العلماء منشئو المحتوى. أعرب شاميت كهرو ، أحد أعضاء مجموعة KKLT من جامعة ستانفورد ، عن شكوكه حول حجج وفا والباقي: "لا ، بالطبع من الرائع الانخراط في تكهنات مختلفة ومحاولة التنبؤ كيف سيؤثر ذلك على النتيجة ، لكني لا أرى أي أسباب ، نظرية أو تجريبية ، ل من أجل أن تأخذ "لعبة التخمين" على محمل الجد. البيانات الأولية وكيف نجمعها معًا في وحدة واحدة - كل شيء له ما يبرره تمامًا. " خوان مولداسينا ، الفيزيائي النظري في معهد الدراسات المتقدمة ، نيو جيرسي ، ذكر أيضًا أنه سيواصل التمسك بفكرة وجود العديد من أكوان الطاقة المظلمة في إطار نظرية الأوتار.

نعم ، كثيرون في العلوم سعداء جدًا بـ TS مع multiversum. يوضح كهرو: "من الواضح أنه إذا كان النهج الذي يستخدم" المناظر الطبيعية "صحيحًا ، فإن مقارنة كوننا بالكون المتعدد هو نفسه مقارنة النظام الشمسي ببقية الكون. "وهذا أمر جيد." حاول يوهانس كيبلر إيجاد السبب الأساسي وراء كون الأرض على مسافة بعيدة من الشمس ، وليس على مسافة أخرى. لكننا نعلم الآن أن نجمنا هو واحد من المليارات حتى في هذه المجرة ، والعديد منها يحتوي أيضًا على كواكب ، ونصف قطر مدار الأرض هو مجرد رقم عشوائي ، وليس نتيجة بعض العلاقات الرياضية المخفية بعمق في نسيج الكون. وفقًا لذلك ، إذا سمحنا بوجود تريليارد من الأكوان الأخرى ، فإن معلمات الكون المحيطة بنا هي ببساطة مجموعة من الأرقام التعسفية ، لا أكثر. والاستنتاج الذي يبدو أنه مصمم خصيصًا لحياة الشخص هو ببساطة خطأ اختيار ؛ بمرور الوقت ، سوف تجد البشرية بالتأكيد نوعها الخاص في تلك الزوايا النادرة من الكون المتعدد ، حيث تكون الظروف مناسبة للناس ".

تسريع الكون

حسنًا ، بالعودة إلى مسألة الطاقة المظلمة: إن ثباتها هو بالضبط الذي لا يتناسب مع نظرية الأوتار. ووفقًا لوافا ، فإن هذا سبب عظيم للشك في مفهوم TE - خاصة في الشكل الذي يسمى "الثابت الكوني" . الفكرة ، التي اقترحها آينشتاين في عام 1917 ، تلقت حياة ثانية في عام 1998 ، عندما اكتشف علماء الفلك أن الكون لا يتمدد فقط ، بل يفعل ذلك مع التسارع. كان الثابت الكوني أن يصبح شكلاً من أشكال طاقة الفراغ ، مستقرًا ومقاومًا لقوى الجاذبية. ولكن ، كما اتضح ، ليست هذه هي الطريقة الوحيدة الممكنة لتبرير التوسع المتسارع للعوالم. على سبيل المثال ، هناك فرضية حول "الجوهر" كنوع من مجال معين يتخلل الكون المرئي بأكمله وفي نفس الوقت يتغير. "بغض النظر عما إذا كان أتباع نظرية الأوتار يمكن أن يربطوها أخيرًا بالطاقة المظلمة المستمرة ، فقد اتضح فجأة أن فكرة عدم تناسق TE تبدو أكثر طبيعية في TS" ، تتمتع Vafa بالمرح. "وفي هذه الحالة ، الشخص الذي يمكنه قياس التغيير سيفوز الطاقة المظلمة من خلال الملاحظات الفلكية. "

وبما أن جميع البيانات التي جمعها علماء الفلك قبل ذلك أكدت فكرة الثابت الكوني ، فهناك الآن مجال للمناورة. وقد خطط مسبار إقليدس ، ومنظار الأشعة تحت الحمراء NASA WFIRST ، ومعدات مختبر Simons قيد الإنشاء بالفعل سلسلة من التجارب لفهم ما إذا كانت الطاقة المظلمة في الماضي أضعف أو أقوى من الآن. بول ستينهاردت: "ليس علينا حتى انتظار بعض التقنيات الجديدة للبدء. نحن بالفعل في العمل ".
والمثير للدهشة ، حتى أولئك الذين كانوا متشككين في افتراض وفا يدعمون البحث عن بديل للثابت الكوني. على سبيل المثال ، يمكنك أن تقتبس من إيف سيلفرشتاين ، عالمة الكونيات الأمريكية والفيزيائية النظرية: "لا أعتقد أن هناك سببًا لبدء التساؤل عن نتائج ملاحظات الطاقة المظلمة. لكنني أوافق على أن [المجال المتغير للطاقة المظلمة] يبسط هذا إلى حد كبير إنشاء نموذج للتمدد المتسارع للكون ".

بالمناسبة ، الجوهر ليس الخيار الوحيد. على خلفية عمل وفا ، قدم دانيلسون وزملاؤه طريقة بديلة "لتكوين صداقات" مع خلايا الوقود والمركبات. في نسختهم ، الكون هو سطح ثلاثي الأبعاد لفقاعة معينة تتوسع في الفضاء مع عدد كبير من الأبعاد. يوضح دانيلسون: "يمكن للعلماء الذين يستخدمون هذا السطح أن ينسخوا الفيزياء بثابت كوني. وبالمقارنة مع ما كنا نعتقده من قبل ، فإن هذه طريقة مختلفة تمامًا لاستبدال الطاقة المظلمة في المعادلة".

النظرية الجميلة

من دون شك ، يكمن أساس جميع المناقشات المتعلقة بنظرية الأوتار في السؤال الرئيسي: ما معنى الفيزياء كعلم؟ هل يمكننا أن نطلب تفسيراً من أي حتى أروع نظرية حول كل حدث صغير في الكون المحيط بنا ، أم أن هذا بالفعل أكثر من اللازم؟ وعندما تتناقض النظرية مع أفكارنا حول هيكل العالم ، فهل يستحق تجاهل النظرية أم ما نعتبره "معرفة" حول طبيعة الأشياء؟

نعم ، تجذب TS العديد من "جمالها" - إن حلول معادلاتها مرضية تمامًا ، والتفسيرات المقدمة لها لا تخلو من الأناقة. لكن تدريجياً هناك نقص في الأدلة - والأسوأ من ذلك ، ليس هناك يقين بأنه سيتم العثور عليهم من حيث المبدأ. ومع ذلك ، حتى الافتراض بأنه من المستحيل تضمين خلايا الوقود في السيارة لا يمنع المراوح. تتذكر "الشبكات": "إنها قوية للغاية ورائعة ، وصحيحة جدًا في العديد من الأمور التي علمنا أنفسنا أن نفكر بها -" الخطأ ليس نظريًا ، أنا مخطئ ، لكن السعي وراء "الجمال" ليس أفضل طريقة لتطوير العام الصحيح نظرية الكون ". في النهاية ، كما كتبت Sabina Hossenfilder من معهد الدراسات المتقدمة ، في كتابها الأخير Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray (Lost in Mathematics: How "Beauty" Make the Physics the Way ") ، فرانكفورت:" الرياضيات مليئة بالإعجاب وأشياء رائعة ، ومعظمها لا علاقة له بالعالم الحقيقي ".

على الرغم من الآراء المتعارضة في كثير من الأحيان ، فإن الفيزيائيين النظريين هم على الرغم من ذلك رجال طيبون ، يوحّدهم عطش مشترك - لمعرفة كل ما هو موجود ، بما في ذلك الكون. كانت كهرو ، التي صنعت "المشهد" ، المشرفة على وفاء ، وهي ناقدة شرسة لأفكارها - لكنهم ما زالوا أصدقاء. "سألني ما إذا كنت مستعدًا للقسم بحياتي بأن" المناظر الطبيعية "موجودة" ، يضحك كهرو. "لقد أجبت بأنني مستعد للقسم بحياته!"

المواد الإضافية التي كتبها لي بيلينجز.
تم تقديم هذا المقال من قبل مجلة علم الأحياء الفلكي ، وهو ناشر على شبكة الإنترنت برعاية برنامج علم الأحياء الفلكية التابع لوكالة ناسا.