در جستجوی یک تئوری یکپارچه :
دلیل این که آفرینش یک تئوری کوانتومی گرانش ،سخت است ،برمی گردد به اصل عدم قطعیت هایزنبرگ .با توجه به این اصل هر چه دقیق تر یکی تعیین شود ،تعیین دیگری کمتر می تواند دقیق باشد .یک پیامد مهم آن این است که چیزی به عنوان فضا تهی وجود ندارد .زیرا فضا تهی یعنی که هر دو ارزش و سرعت تغییر یک میدان دقیقا ” صفر باشند.(اگر نرخ تغییر میدان صفر نباشد ،فضا تهی نمی ماند)
از آنجا که اصل عدم قطعیت اجازه نمی دهند ارزش میدان و نرخ تغییر آن هر دو دقیق باشند ،فضا هرگز تهی نیست . می تواند در حالت کمینه انرژی باشد ،که خلاء خوانده می شود ،ولی این حالت مشمول آنچه ناپایداری کوانتومی خوانده می شود است. ذره ها و میدان ها به وجود می آیند و از بین می روند .
می توان نوسان های خلاءرا جفت های ذره هایی پنداشت که گاهی با هم هویدا می شوند ،از هم دور می شوند ،سپس با هم شده و یکدیگر را نابود می کنند.در نمودارهای فاینمن ،آن ها چنبره های بسته به شمار می آیند . این ذره ها ،ذره های مجازی خوانده می شوند . برخلاف ذره های راستین ،ذره های مجازی را نمی توان به وسیله یک آشکارساز ذره ،سر راست مشاهده کرد .ولی اثر غیر مستقیم آن ها ،مانند تغییر های کوچک در انرژی مدارهای الکترون ،می توانند اندازه گیری شوند و با پیش بینی های تئوریک تا حد بالایی از دقت ،هم خوانی داشته باشند.
مسئله اینجاست که که ذره های مجازی دارای انرژی هستند و از آن جا که شمار بی نهایت از جفت های ذره های مجازی وجود دارند ،آن ها دارای بی نهایت انرژی خواهند بود . بر پایه نسبیت کلی ،این معنا را می دهد که آن ها کیهان را تا اندازه بی نهایت کوچک و خمیده می کنند ،که آشکار است این رخ نمی دهد.
تنها یک تئوری گرانش می ماند که آن مقدارهای مشخص ،مانند خمیدگی فضا – زمان ،را پیش بینی می کند که بی نهایت هستند ،و این روش درستی برای اداره یک کیهان قابل سکونت نیست.
در سال 1976 یک راه حل ممکن برای این دشواری یافت شد .که ابر گرانش خوانده می شود .ابر ،اشاره به گونه ای همدمانی موجود در تئوری است که ابرهمدمانی خوانده می شود.شایان ذکر است در فیزیک ،یک سامانه را می گویند همدمانی دارد ،اگر ویژگی های آن در برابر برخی تغییر ها ،مانند چرخاندن آن در فضا و یا گرفتن نگاره آینه ای از آن ،تاثیرپذیر نباشد .برای مثال اگر یک دونات (مهره خمیری) را پشت و رو کنیم به همان شکل اول دیده می شود.
ابر همدمانی گونه ظریف تری از همدمانی است که نمی توان آن را با تغییر فضا معمولی مرتبط دانست .یکی از وانمودش های مهم ابرهمدمانی این است که ،ذره های نیرو و ذره های ماده و در نتیجه نیرو و ماده ،به راستی تنها دو چهره از یک چیز هستند.
به عبارت دقیق تر به این معناست که هر ذره ماده ،مانند یک کوارک ،باید یک همزاد داشته باشد که یک ذره نیروست و هر ذره نیرو ،مانند یک فوتون ،باید یک همزاد که یک ذره ماده است داشته باشد .این توانایی آن را دارد که دشواری بی نهایت ها را حل کند .زیرا به نظر می رسد بی نهایت های ناشی از چنبره های بسته ذره های نیرو مثبت هستند ،در حالی که بی نهایت های ناشی از چنبره های بسته ذره های مادی ،منفی هستند .بنابراین بی نهایت های تئوری برخاسته از ذره های نیرو و ذره های مادی همزاد آن ها ،گرایش به خنثی کردن یکدیگر دارند.
شاید بیاندیشید که آزمودن اعتبار ابرهمدمانی کار آسانی باشد فقط کافیست ویژگی های ذره های موجود را بررسی کنید که آیا جفت می شوند یا نه.اما چنین ذره های همزادی هنوز مشاهده نشده اند . ولی محاسبات گوناگونی که فیزیکدانان انجام داده اند نشان می دهد که ذره های همزاد همتا با ذره هایی که ما مشاهده می کنیم ،باید که هزار برابر توده یک پروتون باشند ،اگر نه بیشتر.
انگاره ابرهمدمانی ، کلید آفرینش ابرگرانش بود .اما مفهوم آن سال ها پیش وقتی تئوری ریسمان مطرح شد ،سرچشمه گرفت . بر پایه تئوری ریسمان ،ذره ها نقطه نیستند ،بلکه ریختارهایی از لرزش هستند که درازا دارند ولی پهنا و بلندا ندارند – مانند تکه های ریسمانی بی نهایت نازک .تئوری های ریسمان نیز به دشواری بی نهایت ها می رسند ،ولی باور بر این است که در ویرایش درست ،آن ها همه حذف می شوند .آن ها یک ویژگی غیر عادی دیگر هم دارند :آن ها همسازهستند تنها اگر فضا – زمان ده بعدی باشد به جای چهار بعد معمول.
بر پایه تئوری ریسمان ها ،ده بعد ،به درون فضایی بسیار کوچک خمیده شده اند .بعدهای افزون توی آن چه فضای درونی خوانده می شود ،چنبره شده اند . برخلاف فضای سه بعدی که ما در زندگی روزمره تجربه می کنیم.
برای مثال یک رویه دو بعدی را تجسم کنید زیرا برای نشان دادن هر نقطه روی آن تنها به دو عدد نیاز است .(برای مثال ،مختصات افقی و عمودی) . یک فضای دوبعدی ،رویه یک نی است .برای تعیین یک نقطه روی آن فضا ،شما باید بدانید که آن نقطه در کجای درازای نی ،وهمچنین در کجای رویه دایر های آن قرار دارد .اما اگر نی خیلی باریک باشد ،تنها با دانستن یکی از مختصات نقطه در درازا می توانید با تخمین خوبی جای نقطه را تعیین کنید و بنابراین از بعد دایره ای چشم پوشی کنید . اگر قطر این نی ،یک میلیون – میلیون – میلیون –میلیون – میلینیوم یک سانتی متر باشد ،شما اصلا متوجه بعد دایره ای آن نمی شوید . این تصویری است که تئوری پردازان ریسمانی از بعدهای فزون دارند –آن ها بسیار خمیده هستند ،یا در بعدهای چنان کوچک که ما آن ها را نمی بینیم چنبره شده اند.
افزون بر مسئله بعدها ،که در بالا توضیح داده شد ،تئوری ریسمان از موضوع ناهنجار دیگری هم رنج می برد ،این جور پیداست که پنج تئوری مختلف و میلیون ها روش چنبره شدن بعدهای افزون وجود دارد .کدام یک را باید انتخاب کرد؟
تئوری پردازان ریسمانی اکنون باورمند شده اند که پنج تئوری مختلف ریسمان و ابر گرانش تنها تخمین های متفاوتی از یک تئوری بنیادی تر هستند ،هر کدام در شرایط متفاوت اعتبار دارند .آن تئوری بنیادی تر ،تئوری – ام خوانده می شود.
پنداشته می شود که هیچ کس نمی داند ” ام یا M ” معنایش چیست ولی می تواند از واژه Master (سرور) ، یا Miracle ( معجزه ) ،یا Mystery (رمزآمیز ) باشد . به نظر می رسد که هر سه تا هست.
شاید توقع دیرپای فیزیکدانان برای دستیابی به تنها یک تئوری برای طبیعت ،عملی نباشد و هیچ فرمول بندی یگانه ای وجود نداشته باشد . شاید که برای توصیف کیهان ،باید تئوری های متفاوتی را در موقعیت های متفاوت به کار برد .هر تئوری می تواند ویرایش خود را از واقعیت داشته باشد ،ولی بر پایه واقع گرایی مدلگرا ،این پذیرفتنی خواهد بود ،چنانچه پیش بینی های تئوری ها هنگامی که همپوشان می شوند با هم سازگار باشند.
چه تئوری – ام به صورت یک فرمول بندی تک ،چه تنها به صورت یک شبکه وجود داشته باشد ،ما از برخی ویژگی ها آن آگاه هستیم . نخست این که تئوری – ام دارای یازده بعد فضا – زمان است ،نه ده بعد.همچنین ،تئوری – ام می تواند نه تنها شامل ریسمان های لرزان بلکه شامل ذره های نقطه ای ،پوسته های دو بعدی ،حباب های سه بعدی و جسم های دیگر که تجسم کردنشان دشوار است و می توانند تا 9 بعد از فضا را اشغال کنند ،باشد .به این جسم ها P-پیوسته گفته می شود. ( P می تواند از صفر تا 9 باشد)
هچنین در تئوری – ام ،آن بعدهای افزون فضا را نمی توان با هر شیوه ای چنبره کرد .ریاضیات این تئوری شیوه چنبره کردن بعدهای فضا درونی را محدود می کند . ریختار دقیق فضا درونی هم ثابت های فیزیکی ،مانند بار الکترون را تعیین می کند و هم طبیعت میان کنش ذره های بنیادین را . به عبارت دیگر ،شیوه چنبره شدن بعدهای فضا درونی ، قانون های هویدای طبیعت را تعیین می کند .بنابراین قانون های تئوری – ام ،بسته به این که فضا درونی چگونه چنبره شده است ،اجازه وجود کیهان های گوناگون با قانون های هویدای گوناگون را می دهد.
سده ها پیش نیوتن نشان داد که معادله های ریاضی می توانند تعریف شگفت انگیزانه درستی را از روشی که جسم ها میان کنش می کنند ،ارائه دهند ،هم روی زمین و هم در آسمان ها .دانشمندان به این باور هدایت شده بودند که تنها با دانستن یک تئوری مناسب و توان بسنده برای محاسبه ،می توان آینده تمامی کیهان را تعیین کرد . آنگاه عدم قطعیت کوانتوم،فضا خمیده ،کوارک ها ،ریسمان ها و بعد های افزون فرارسیدند که نتیجه کار آنان 10500 کیهان است ،هرکدام با قانون های خود که تنها یکی از آن ها کیهانی است که ما می شناسیم .لذا نتیجه می گیریم امید نخستین فیزیکدانان برای تولید یک تئوری تک که قانون های هویدای کیهان ما به عنوان پیامد بی همتای شمار اندکی فرض های ساده باشد ، باید کنار گذاشته شود.
