تعريف نظرية الأوتار
تُعرَّف نظرية الأوتار(بالإنجليزية:String Theory)، بأنها نظرية فيزيائية رياضية موضّحة لعدّة نظريات مختلفة، ومن أبرزها مبدأ عمل الجاذبية للأجسام الصغيرة مثل الإلكترونات والفوتونات.
تتناول نظرية الأوتار محاولة لدمج النظرية النسبية العامة للمخترع ألبرت آينشتاين مع ميكانيكا الكم ، ويأتي اسمها من خلال نمذجة الجسيمات دون الذرية ككيانات صغيرة أحادية البُعد مشابهة للأوتار؛ لاستبدال النهج التقليدي المُعتَمَد ألا وهو نمذجة الجسيمات دون الذرية كجسيمات نقطية صفرية البُعد.
تفسير نظرية الأوتار
تعد هذه النظرية من أبرز نظريات القرن العشرين، ويعود ظهورها لأول مرة في فترات الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي، من خلال استخدام الأوتارلنمذجة البيانات الآتية من المصادمات غير الذرية في أوروبا.
تُظهر نظرية الأوتار كيفية دمج نظريتين مهمتين في الفيزياء، ألا وهما: ميكانيكا الكم، والنظرية النسبية، لآلبرت آينشتاين، من خلال منظور يشمل جميع تفسيرات الواقع المادي والملموس.
مبدأ نظرية الأوتار مبني على إقامة فرضيات تنُص على أن الجسيمات هي في الواقع كيانات أحادية البعد تُشبه الأوتار، وتعمل اهتزازاتها على تحديد خصائص الجسيمات كالكتلة والشحنة.
ويوضّح موقع "ويب" التابع لجامعة أكسفورد، والجمعية الملكية البريطانية، أنّ الأوتار تُقدّم طريقة رياضية علمية مميزة لوصف القوة الشديدة، والتي تعد إحدى القوى الأربعة الرئيسية في الكون، والتي تربط النوى والذرّة معًا.
أشكال نظرية الأوتار
تتعدّد أشكال نظرية الأوتار الرياضية، وتوجد عدة فروقات معقّدة بينها، ويمكن التعرّف عليها من خلال الاطلاع على الآتي:
- نظرية الأوتار من النوع الأول I
تشمل هذه النظرية مجموعة مفتوحة ومغلقة من الأوتار، وتحتوي على شكل من أشكال التناظر الذي حُدّدت رياضيًا كمجموعة تناظر تسمى O (32).
- نظرية الأوتار من النوع IIA
تشمل هذه النظرية الأوتار المغلقة؛ أي تكون أنماط الاهتزازات متماثلة ومتساوية سواء كانت حركتها نحو اليمين أو اليسار على مدى طول الأوتارالمغلقة، بينما ترتبط الأوتار المفتوحة من النوع IIA بمجموعة هياكل تسمى (D-branes)، ويُضاف إليها عدد فردي من الأبعاد.
- نظرية الأوتار من النوع IIB
تتضمّن هذه النظرية أوتارًا مغلقة، ولكن أنماط اهتزازاتها غير متماثلة كالنوع السابق، وتتبع النتائج على حركتها سواء نحو اليمين أو اليسار على طول مدى الأوتارالمغلقة، بينما يُرفق أغشية من النوع D إلى السلاسل المفتوحة من النوع IIB، اكتُشفت هذه الأغشية عام 1995م مع عدد أبعاد زوجي.
يُعد HO أحد أشكال نظرية الأوتار غير المتجانسة، والاسم مُشتق من الاسم الأطول لنظرية الأوتار Heterotic O (32)، ومهمتها وصف مجموعة التناظر، ويحتوي على أوتار مغلقة تشابه اهتزازاتها المتحركة لليمين أوتار النوع الثاني، والتي تشابه اهتزازاتها التي تتحرك إلى اليسار الأوتار البوزونية.
- نظرية الأوتار من النوع HE
يعد هذا النوع من الأشكال الأخرى لنظرية الأوتار غير المتجانسة، واسمها مشتق من الاسم الأطول لنظرية الأوتار (Heterotic E8 x E8)، ومن أهم خصائصها هو احتواؤها على أوتار مغلقة فقط، والتي تشابه اهتزازاتها المتحركة لليمين النوع الثاني، بينما اهتزازاتها المتحركة يسارًا تشابه الأوتار البوزونية.
تاريخ نظرية الأوتار
تُعد نظرية الأوتار اقتراحًا مثيرًا للجدل منذ القِدَم، ولكن خلال فترة السبعينيات من القرن الماضي تحديدًا، توجّهت جميع الأنظار بقوة لخصائصها وتنبؤاتها؛ لذا استنتج معظم الباحثين أن هذه النظرية لا تتعلّق بالكون المادي.
إلا أن بعض الفيزيائيين واصلوا البحث حتى توصّل كلًا من جون شوارتز وجويل شيرك عام 1974م، وتاماكي يونيا من جامعة إلى نتيجة حاسمة مفادها وجود بعض التوقعات غير الصحيحة لنظرية الأوتار، وهو وجود جسيم معين عديم الكتلة لم يوجد في أي تجربة تدرس شدة القوة، وهذا جاء نظرية التوحيد ذاته التي توقعها أينشتاين في النظرية النسبية.
لاحقًا حدثت العديد من النقاشات والمجادلات حول نظرية الأوتار، وتوصّل البعض إلى الحاجة لتجارب أعمق حولها، حتى فشلت نظرية القوة الشديدة في تجسيد نظرية الأوتار، مما حفّز الكثيرين لإيجاد الثغرة المطلوبة لهذه النظرية.
