تعريف نظرية الأوتار الفائقة

تعريف نظرية الأوتار الفائقة

تُعرف نظرية الأوتار الفائقة أو نظرية الأوتار (بالإنجليزية: String Theory) في فيزياء الجسيمات على أنّها النظرية التي تسعى لدمج ميكانيكا الكم مع نظرية النسبية العامة، واشتُق اسمها من نمذجة الجسيمات دون الذريّة كأشكال صغيرة أحادية البُعد تُشبه الأوتار، وكجسيمات نقطية صفرية الأبعاد، وتُصور هذه النظرية أنّ الوتر الذي يمر بنمط معين من الاهتزاز يتوافق مع جُسيم له خصائص محددة مثل الكتلة والشحنة؛ حيث تقترح النظرية أنّ الجسيمات ليست نقاط لكنها خيوط يُمكن أن يصل طولها إلى 10-33 سم، كما وصف العلماء شكل الاهتزازات المختلفة لهذه الخيوط الدقيقة باهتزازات أوتار الكمان.

أدرك العلماء في ثمانينيات القرن العشرين أنّ نظرية الأوتار لها القدرة على دمج جميع قوى الطبيعة الأربعة وهي؛ قوة الجاذبية، والقوة الكهرومغناطيسية، والقوة النووية القوية، والقوة النووية الضعيفة، وجمعها في إطار ميكانيكي كمّي واحد، ممّا أشار إلى أنّها يُمكن أن تكون نظرية المجال الموحد التي انتظرها العلماء طويلًا، وما زالت نظرية الأوتار قيد الدراسات والأبحاث وتخضع لتطور سريع جدًا، ويجدر بالذكر أنّ هذه النظرية تعتمد حتى الآن على الأسس الرياضية بشكل أساسي؛ حيث إنّها لم تُلاحظ بشكل تجريبي.

تفسير نظرية الأوتار الفائقة

يُمكن تفسير نظرية الأوتار الفائقة بأنّها استبدال لكل جسيمات المادة والقوة بعنصر واحد ألا وهو أوتار مهتزة صغيرة تلتف وتدور بطرق معقدة على شكل سلسلة بطول معين للحصول على نوتة تكتسب منها خصائص الفوتون، بحيث ينشأ تردد مختلف مطور يلعب دور الكوارك (أحد المكونات الأساسية للمادة في نظرية النموذج القياسي للجسيمات)، كما تصطف هذه القوة والمادة معًا في صورة واحدة لتعالج ألغاز الكون والنظريات المعقدة، وأهمها تأثير الجاذبية على الأجسام الصغيرة كالإلكترونات والفوتونات.

تُعد الأبعاد الكونية المعروفة 4 أبعاد؛ 3 منها أبعاد الفضاء أو المكان، والبعد الرابع هو الوقت، إلّا أنّ نظرية الأوتار الفائقة احتاجت لإضافة 6 أبعاد للخيوط أو الأوتار الصغيرة مثل خط الطاقة، ممّا دعى لاستكشاف 5 نظريات للأوتار بدأ العلماء في إيجاد الروابط بينها وظهر فيما بعد أنّ هذه النظريات هي ظلال لنظرية واحدة بين الرياضيات والفيزياء، وتُقدم نظرية الأوتار أوصافًا مزدوجة للظواهر ذاتها مما يُسهل فهمها على الباحثين، وهذا ما توصل إليه العلماء من خلال الربط بين الفيزياء والرياضيات، إذ أنّ الفيزياء حالياً توجّه الرياضيات ونشأ بينها تفاعل مدهش ساعد في حل الأسئلة الصعبة التي تدور في أذهان الفيزيائيين.

أساسيات نظرية الأوتار الفائقة

ترتكز نظرية الأوتار الفائقة على عدة أساسيات كالآتي:

• تستخدم نظرية الأوتار سلاسل أحادية البُعد بدلًا من جسيمات فيزياء الكم، وهذه السلاسل هي الأوتار التي تهتز باهتزاز محدد.
• توصّل الباحثون إلى أنّ الأوتار يُمكن أن يصل طولها إلى 1 ملم ممّا يعني أنه يُمكن اكتشافها خلال التجارب.
• تعتمد نظرية الأوتار على وجود الغشاء الذي يُمكن أن يكون له العديد من الأبعاد، حيث إنّها تعتبر الكون عالقاً في غشاء ثلاثي الأبعاد.

استخدامات نظرية الأوتار الفائقة

استُخدمت نظرية الأوتار الفائقة في عدة مجالات كالآتي:

• نمذجة البيانات القادمة من المصادمات دون الذريّة في أوروبا.
• تقديم طريقة رياضية بسيطة ومفصّلة لشرح القوة النووية القوية وهي إحدى القوى الأربعة الأساسية في الكون، والتي هي ذاتها ما يربط مكونات الذرة معًا.
• وصف الجسيمات والقوى المعروفة والتي تحلّ محلّ النموذج القياسي للفيزياء، فقد فسّرت نظرية الأوتار الفائقة كل القوى الكونية عدا الجاذبية.
• محاولة التفسير والإجابة عن أسرار الكون مثل ماذا يحدث داخل الثقب الأسود.
• مُحاكاة عمليات كونية بما فيها الانفجار العظيم.
• فهم وتفسير الطاقة المظلمة؛ وهي شكل افتراضي للطاقة الموجودة في الفضاء.

تسعى نظرية الأوتار الفائقة لدمج ميكانيكا الكم مع نظرية النسبية العام، حيث تقترح النظرية أنّ الجسيمات ليست نقاطاً لكنها خيوط أو أوتار تهتز بترددات مختلفة، وترتكز النظرية على أساسيات تتمثل في كون الأوتار أحادية البعد يصل طولها إلى 1 ملم ووجود غشاء متعدد الأبعاد يحيط الجسيمات، واستخدمت النظرية في تفسير الكثير من أسرار الكون كالانفجار العظيم والثقوب السوداء والطاقة المظلمة.