تا همین اواخر، دانشمندان نتوانسته بودند تقریبا هیچ چیزی را با استفاده از نظریه ریسمان (استرینگ تئوری) که بعضی‌ها به آن «نظریه همه چیز» هم می‌گویند، توضیح دهند؛ ولی در کارگاه انستیتوی فیزیک نظری کاولی در سانتاباربارای کالیفرنیا که این هفته برگزار شد، دانشمندان از این نظریه برای پیشرفت در حل یکی از بزرگ‌ترین معماهای فیزیک ماده چگال استفاده کردند: منشا و ریشه ابررسانایی گرم.
نظریه ریسمان چنین بیان می‌کند که ریسمان‌های مرتعشی که در ده بعد وجود دارند، پایه و اساس دنیای قابل مشاهده را تشکیل می‌دهند و چگونگی ارتعاش آنها، ذرات یا نیروهای بین آنها را تفکیک می‌کند. به رغم این‌که این فرض پایه‌ای هنوز در شک و تردید است و با دانسته‌ها و تجهیزات فعلی بشر هم آزمایش تجربی آن محال است؛ بعضی از ابزارهای ریاضی که در چند سال گذشته در نظریه ریسمان استفاده شده بودند، برای توضیح رفتار مواد داغ حالت پلاسما و شبکه‌های فوق سرد اتم‌ها به‌کار گرفته شدند.
آخرین ادعا در مورد نظریه ریسمان، ابزاری کلیدی در توضیح رفتار معمولی موادی است که در دماهای نسبتا بالا، الکتریسیته را بدون هیچ مقاومتی از خود عبور می‌دهند. این حالت را ابررسانایی می‌نامند و نظریه‌ای که ابررسانایی مرسوم را در دماهایی نزدیک به صفر مطلق (منفی 273 درجه سانتی‌گراد) توجیه می‌کند، نظریه کاملی است؛ ولی نظریه‌ای که رفتار گروه دوم موادی را که در دمای تقریبا 79 کلوین (منفی 194 درجه سانتی‌گراد) خاصیت ابررسانایی را از خود بروز می‌دهند، توجیه کند، هنوز به صورت یک معما باقی مانده است. نظریه‌پردازان فعال در نظریه ریسمان امیدوارند که با توضیح رفتار معمولی این مواد، در دمایی فقط کمی بالای دمایی که در آن دما، این مواد از خود ویژگی ابررسانایی را بروز می‌دهند، بتوانند خود پدیده ابررسانایی در دمای بالا را بهتر کنترل کنند.
سابیر ساچدف، از نظریه‌پردازان ماده‌چگال در دانشگاه هاروارد که از برگزارکنندگان کارگاه نیز بود، می‌گوید: «این بدین معنا است که ما با استفاده از توضیح نظریه ریسمان، در آستانه درک حالت جدیدی از ماده قرار داریم».
در این کارگاه، ساچدف و همکارانش، از هر یک از حضار خواستند که مدل ادعایی خود را برای توجیه ابررسانایی در دمای بالا با استفاده از نظریه ریسمان ارایه دهند و برای ثبت آن، برگه‌ای را دست به دست بین شرکت‌کنندگان چرخاندند که در ابتدا هیچ چیزی روی آن نوشته نشده بود.
شان هارتنول محقق دوره فوق‌دکترای دانشگاه هاروارد، که یکی دیگر از برگزار کنندگان این کارگاه بود نیز بر این باور است که یافتن کاربردهای جدید برای ریاضیات نظریه ریسمان، انرژی تازه‌ای را وارد این حوزه می‌کند. او می‌گوید: «اکنون به نظر می‌رسد که با دیگ جوشانی از افکار و نظرات جدید روبرو هستیم».
پیچیدگی نامتناسب
نظریه ریسمان در اواخر دهه 1960 و به عنوان ابزاری برای توضیح نیروهای قوی بین ذرات اتمی شکل گرفت، ولی در دهه 1970 با نظریه موفق‌تر کرومودینامیک کوانتومی جایگزین شد. نظریه ریسمان نیز به راه خودش رفت و لایه‌های عجیب و غریب‌تری از پیچیدگی‌های ریاضی را کسب کرد. بعضی از فیزیک‌دانان آن را نفرین‌شده خواندند، زیرا برای آزمایش نظریه‌های منتج از آن به انرژی‌هایی خیلی بیشتر از آن چیزی نیاز است که می‌توان در شتاب‌دهنده‌های ذرات به آنها دست یافت.
ولی در سال 2005، نظریه ریسمان راه خود را البته به طور غیر مستقیم؛ به داخل یک شتاب‌دهنده باز کرد: برخورد دهنده یون‌های سنگین نسبیتی، RHIC در آزمایشگاه ملی بروک‌هیون نیویورک. دانشمندان کشف کردند که نظریه ریسمان می‌تواند به اندازه کرومودینامیک کوانتوم در توضیح نیروهای قوی هسته‌ای در یک پلاسمای کوارک-گلوئون موثر باشد. این حالت جدید ماده که شامل اجزای سازنده پروتون‌ها و نوترون‌ها است، در ترکیبات یون‌های داغ طلا که در شتاب‌دهنده تولید شده بود شکل گرفت. کلید این کشف یک تکنیک ریاضی در نظریه ریسمان بود که اصول هالوگرافی را شکل می‌دهد که در آن، اطلاعات موجود در یک چند بعدی می‌تواند در یک بعد پایین‌تر از آن نگاشته شود؛ مثل تصویری سه بعدی که می‌توان آن را در یک تصویر هالوگرام مسطح دو بعدی ذخیره کرد.
از آن زمان، پژوهشگرانی مانند ساچدف و هارتنول تکنیک‌های هالوگرافی را به حوزه سرد‌تر ماده‌چگال گسترش دادند. همان ابزارهای نظریه ریسمان که برای توضیح رفتار ذرات در شتاب‌دهنده استفاده شده بود، کمک کرد که بتوان رفتار نقاط بحرانی کوانتومی را توجیه کرد؛ تغییرات در موادی که تا نزدیک به نقطه صفر مطلق سرد می‌شدند و در آن هنگام تاثیرات مکانیک کوانتوم بر رفتار آن غالب می‌شد.
در عوض، این به فیزیک‌دان‌ها کمک کرد تا رفتار کوانتومی را در بسیاری از سیستم‌ها تشریح کنند که شامل شبکه‌های فوق سرد اتمی تحریک شده با لیزر می‌شد و اکنون هم ابررسانایی دمای بالا به آن اضافه شده است.
پیتر وویت، از منتقدان سرشناس نظریه ریسمان و از ریاضی‌دانان دانشگاه کلمبیا در نیویورک، می‌گوید که این نحوه استفاده از نظریه ریسمان به عنوان یک ابزار می‌تواند مفید باشد، ولی به هیچ عنوان آزمایشی برای خود نظریه ریسمان محسوب نمی‌شود. او می گوید: «فقط به این دلیل که یک مدل در زمینه خود خوب کار می‌کند، به این معنی نیست که شما می‌توانید کل فیزیک را یک‌پارچه کنید و به نظریه‌ای پایه‌ای که همه چیز از آن ناشی شود، برسید».
جوزف پولچینسکی، از نظریه‌پردازان نظریه ریسمان در انستیتوی کاولی و سومین برگزارکننده کارگاه، چنین اسدلال می‌کند که اگر ابزارهای مشابه نظریه ریسمان که برای تشریح سیاه‌چاله‌ها استفاده شده‌اند، بتوانند رفتار الکترون‌ها را در یک فلز توجیه کنند؛ این تقاطع می‌تواند کاربردهای نظریه ریسمان را در یک حوزه را برای کاربرد در دیگر حوزه‌ها نیز ممکن سازد.
او اضافه می‌کند که هیجان همچنان در حال افزایش است. این انستیتو 110 تقاضا برای کارگاه دریافت کرده بود، در حالی که تنها برای 30 نفر جا وجود داشت و تا آنجا که او به یاد می‌آورد، ورود به هیچ کارگاهی سخت‌تر از این نبوده است. در توضیح اهمیت آن همین بس که وقتی فراخوان این کارگاه 18 ماه اعلام شد، تعداد مقالاتی که در این زمینه نوشته شده بود به کمتر از انگشتان دو دست می‌رسید. پولچینسکی می‌گوید: «کاملا آشکار است که حوزه جدید و جذابی از علم در این جا گشوده می‌شود».
نیچر، 20 جولای -ترجمه: مجید جویا
نظر شما