الاوتار الفائقة، فلسفة ام علم?

نظرية الاوتار الفائقة، فلسفة ام علم؟

منذ ثمانينات القرن الماضي حظيت نظرية الاوتار الفائقة بإهتمام كبير. هذه
النظرية كانت تسعى للحم الجاذبية مع الكوانتم، وهي مشكلة توصف بأنها اكثر
المشاكل تعقيدا في العلم الحديث. نظرية الاوتار الفائقة تنظر الى كل شئ -
الطاقة والمادة- على انهم اوتار صغيرة لها ترددات مختلفة في حين ان
المضمون واحد. ، ولكن إختلاف سرعة التردد تجعلهم يتراؤن لنا بأشكال
مختلفة، فكلما زادت السرعة كلما اصبح للخيط وزن وبالتالي اصبح مادة (حسب
تعريفاتنا)، فنراها بحواسنا على انهم نوعين: طاقة ومادة. البعض يعتقد ان
النظرية عبقرية في حين يعتقد القسم الاخر ان لاقيمة لها.

إضافة الى سعي النظرية لتوحيد نظرية الكوانتم مع نظرية النسبية العامة
فإنها تهدف ايضا الى توحيد قوى الطبيعة الاربعة المعروفة ( الجاذبية،
القوى الذر
ية الضعيفة والقوى الذرية القوية والمغناطيسية)
بإعتبارها اوجه مختلفة لمضمون واحد.
كما انها تهدف الى البرهنة
على ان جميع جزيئات المادة

(الكفارك، النيوترين، الاليكترون،

والاشباه الاخرى)
هي عبارة عن مظاهر متعددة لجوهر واحد، الذي هو اوتار مترددة.
(في هذا الشأن يمكن تذكر الظاهرة المكتشفة حديثا والمسماة:

Bose–Einstein condensate)
حيث تظهر التجارب حالة رابعة للمادة، إضافة الى حالات الغاز والسائل والصلب، وبغض النظر عن حالة البلازما.

الفكرة ان سرعة التردد المختلف للجزئيات القاعدية هو الذي سيقرر
في اي شكل سنرى الاجزاء: طاقة ام مادة.
جميع الجزيئات الناقلة للطاقة
تظهرها سرعة ترددية معينة في المستوى القاعدي للمادة: الوتر.
بنفس الطريقة تعتبر النظرية ان بقية الجزيئات (الفيرمون) يظهرون بشكلهم المختلف بسبب
نوع اخر من الرجفة الترددية للخيط.
وإذا تمكنت النظرية من الوصول الى تحقيق اهدافها الثلاثة سيكون لدينا نظرية (الكل)
لكونها ستفسر الزمكان (الجاذبية) وجميع الجزيئات والطاقة التي تنضوي فيها.

حجر الزواية في نظرية الاوتار هي الوتر ذو البعد الواحد،
ولكن الدراسات الاحدث توصلت الى ان هذه النظرية لاتصف الاوتار
فقط ولكن "جوانب الشئ" ولذلك سميت بالغشاء بإعتبار أن "الغشاء" يقدم بعدا اعلى.

كل ماتصفه النظرية يتعلق بحالة المادة في ظروف فائقة التعقيد،
مثلا لحظة الانفجار العظيم.
في الظروف الراهنة
لاتوجد هذه الحالة التي تركت مكانها للقوى الاربعة المتفرقة المعروفة لنا،
وجزيئات المادة انتهت عند الحالة التي تظهرها لنا
الفيزياء التجريبية.
من اجل خلق ظروف مختبرية تجريبية مناسبة للوصول الى
الظروف الفائقة حتى نرى الاشكال الاخرى لحالة المادة نحتاج الى مسرع جزيئات اكبر من كوننا بكامله.

إستحالة الوصول الى الظروف التجريبية للبرهنة على نظرية الاوتار يجعل
النظرية مثيرة ولكن غير ممكنة الاختبار، ومالايمكن اختباره هو اقرب
للفلسفة منه الى العلم. لهذا السبب وصل الامر بالبعض ان يشبه النظرية
بفلسفة/ سفسطة القرون الوسطى الدينية (والقرون الحالية عندنا) التي كانت
(ولازالت) غارقة في مواضيع مثل: كم عدد الملائكة الذي يمكن ان يحتويهم رأس
الابرة، عوضا عن ان يقوموا بالملاحظة ووصف الوقائع.

لمحة عن تاريخ نظرية الاوتار الفائقة
نظرية الاوتار ظهرت منذ ستينات القرن الماضي. في البداية من اجل تفسير
العلاقة بين البروتون والنيترون وبقية الاجزاء. ولكن مع نشوء وتطور نظرية
تصف ديناميكية الوان الكوانتم لم يعد هناك حاجة لنظرية الاوتار لتصف الامر
نفسه، مما ادى الى نسيانها.

في سبعينات القرن الماضي تذكر بعض العلماء ان نظرية الاوتار
تملك "اوتوماتيكيا" العديد من الجزئيات (الجزيئات) الاضافية،
من ضمنها جزيئ سبين2.
في نظرية ديناميكية الوان الكوانتم لايوجد مكان للقوى بين الاليكترون والنيترون.
ولكن إذا اعتبرنا هذه القوى انها قوة الجاذبية
نحصل على الفور على مرشح لنظرية " الكل".
لهذا السبب عاد الكثير من الفيزيائيين الى النظرية القديمة.

النظرية الجديدة تملك مؤهلات لتفسير ليس فقط العلاقة بين الجزيئات والطاقة
وانما ايضا العلاقة مع قوة الجاذبية. ولكن حتى الان لاتوجد لدينا مثل هذه
النظرية وانما صياغات غير كاملة، او بالاحرى صياغات مختلفة. احدث صياغة
ظهرت هي نظرية الاوتار الفائقة، والاسم جاء من مايسمى التناظر الفائق،
والذي من احد معانيه ان كل جزيئ يملك شقيق لم يكتشف بعد.

M-teorin
لفترة طويلة يعاني الكثير من اتباع نظرية الاوتار الفائقة من معرفتهم ان هذه النظرية
لايمكن ان تكون الجواب النهائي على التساؤلات المطروحة.
من بين هذه الاسباب ان نظرية الاوتار الفائقة غير قادرة على تفسير
مصدر ظهور المكان والزمان،
لكون نظرية الاوتار الفائقة تقوم على خلفية النظرية الكلاسيكية للزمكان (النسبية العامة).
بمعنى اخر انها تقدم تفسير للاوتار الفائقة بإعتبارهم "توترات" في الزمكان الموجود.

إضافة الى ذلك يبدوايضا ان هناك العديد من نظريات الاوتار الفائقة وليس نظرية واحدة وهذا امر غير محمود
بالنسبة لنظرية كانت تسعى لتكون مميزة وتوضح كل شئ.
للخروج من هذا المأزق تعبر كافة اشكال هذه النظرة على
انها وجهات نظر او
مستويات مختلفة للنظرية الاساسية التي اطلق عليها:
M-teorin.
وبالرغم من ان هذه النظرية هي الاساسية وهي التي يعمل بسببها الاف العلماء
الا ان هذه النظرية ليست لها صياغة ثابتة حتى الان،
بل ولم يتفق العلماء حتى على ماهو المقصود بحرف م.

الابعاد المتعددة
النظرية الاصلية للاوتار الفائقة كانت تحتاج الى 26 بعدا
من اجل ان تكون مقبولة رياضيا،
في حين ان نظرية التناظر الفائقة الاكثر حداثة
تحتوي على 10 ابعاد فقط،
في حين ان نظرية م تملك 11 بعدا.

هذا الامر اثار الاستغراب انطلاقا من ان الكون كما نراه، يملك اربعة ابعاد فقط.
للخروج من هذه المعضلة اقترح
Theodore Kaluza & Oskar Klein,
ان هذه الابعاد مندمجة مع بعض بطريقة غير مرئية بالنسبة لنا.
هذه الابعاد اعتبرت ملتفة على بعضها

مستفيدين من قيمة بلانك،
(^35- 10
),
اي مئة مليار مليار المرة اصغر من نواة الذرة.

منذ بضعة سنوات بدء العلماء بدراسة احتمالات وجود ابعاد اخرى اكبر لكن فقط الجاذبية قادرة على عبورها.
هذا الامر سيكون قادر على توضيح اسباب ان الجاذبية،
من زاوية ابعادنا الاربعة،
ضعيفة للغاية.
اذا ثبت مثل هذا الامر يكون من الممكن اعتبار ان الجاذبية لاتقل قوة عن بقية القوى
ولكنها منتشرة في الابعاد الاضافية.

ابعاد كبيرة اخرى تثير شهية العلماء لعدة اسباب،
مثلا لتوضيح المادة المظلمة،
ولكن لازالت تعاني من نفس مشاكل نظرية الاوتار الفائقة:
النظرية لم يجري تجربتها مختبريا.
من خلال تجارب غير مباشرة وبمساعدة قوانين نيوتن توصل الباحثين
الى ان الابعاد " الكبيرة" الاضافية لابد في هذه الحالة ان تكون اقل من 0،1 ميلليمتر،
وهي الحد الادنى لافضل الاختبارات الممكنة اليوم.

احتمال ممتع ام نظرية
من هذا العرض نجد ان نظرية الاوتار الفائقة لم تتجاوز حتى الان ان تكون احتمال ممكن،
طالما لايوجد اي دليل على انها تصوير حقيقي لما يدري في الطبيعة.
حتى اليوم لاتوجد اي ظاهرة طبيعية جرى تفسيرها بإستخدام
نظرية الاوتار الفائقة،
بالرغم من ان النظرية موجودة منذ 40 سنة وبالرغم من وجود عشرات الاف الفيزيائيين الذي يعملون في حقلها.
العديد منهم يرفض حتى اعتبارها نظرية فيزيائية لكونها لم تخض اي اختبارا مختبريا،
وعلى الاغلب لن يجري تجربتها في المستقبل المنظور.

في نفس الوقت يجب الاشارة الى انه يوجد اقتراح
لتجربة هذه النظرية بطريقة غير مباشرة.
اكثر الطرق المبشرة بالخير هو استقراء مؤشرات وجود الاوتار من خلال الملاحظات الكونية.
الفكرة انه اذا لاحظنا الاجسام والظواهر على ابعاد كونية،
فيوجد احتمال لرؤية النتائج في المستقبل القريب.

احدى اكثر النجاحات التي يشار اليها لصالح نظرية الاوتار الفائقة هو
حساب اللانظام
entropin,
لثقب اسود،
اي حرارة الثقب الاسود وإستخراج
مقدار إنحراف
Hawkings approximativa
التي تم اكتشافها عام 1974،
عندما قام " بلصق" الفعالية الكوانتية بحل مستخرج من نظرية النسبية العامة.
ولكن في الواقع لم يجري على الاطلاق قياس درجة حرارة ثقب اسود،
بمعنى اخر فالكلام يجري عن
معطيات واحدة قدمها افتراضين مختلفين.

معضلات لم تحل
احدى اهم سلبيات نظرية الاوتار الفائقة انه من الصعب تجربتها،
اذا لم نشأ ان نقول من المستحيل.
وحتى إذا كان بالامكان تجربتها بعد مئة سنة مثلا،
ثم ظهر انها خاطئة فإن ذلك يعني اننا اهدرنا عمل هائل على لاشئ.

الى جانب ذلك توجد معضلات نظرية اخرى لم تجد لها حلا.
إذا اعتبرنا ان كل شئ يتآلف من اوتار تهتز بعدد غير محدود من الاشكال
فهذا يعني انه يجب ان يوجد عدد لاينتهي من اشكال الجزيئات.
حسب الحسابات يجب هذه الجزيئات ان يكون وزنها على الاقل قريبا لقيمة بلانك،
اي تقريبا كوزن بكتريا واحدة،
وهو كبير للغاية لجزيئ.
واحدى هذه المعضلات هو لماذا الجزيئات التي تصادفنا مختبريا
بدون وزن على الاطلاق بالمقارنة مع
وحدات الجزيئات في نظرية الاوتارالفائقة التي تقدمها قيمة بلانك.

حتى اليوم ليس معروفا فيما إذا كانت نظرية الاوتار الفائقة قادرة حقا
على وصف دقيق لجميع القوى والطاقات الموجودة فعلا.
كما انه ليس معروفا حتى الان حدود الحرية المعطاة لاعادة صياغة دقائق النظرية،
فإذا كانت النظرية تصف جزئيات لانهاية لها،
خاضعة للموديل الاساسي،
فهذا يعني ان قيمة النظرية محدود للغاية.
مشكلة اخرى تعاني منها النظرية في كونها "تقريبية".
في واقع الامر لاتوجد نظرية اوتار فائقة وانما عدد لاينتهي من النظريات لم ينجح احد في لحمها بنظرية واحدة.