گزارشی از سخنرانی دکتر کامران وفا در دانشگاه تهران

جلسه سخنرانی استاد وفا با همکاری دانشکده فیزیک دانشگاه تهران و شاخه فیزیک ذرات و میدان‌های انجمن فیزیک ایران، ساعت 14 روز دوشنبه 26 خردادماه در تالار علامه امینی پردیس علوم دانشگاه تهران برگزار شد.
دکتر کامران وفا که از فیزیکدانان برجسته دنیا در حوزه نظریه ریسمان است. ایشان نظریه پردازی برجسته در زمینه نظریه ریسمان است که عمده پژوهش های وی بر ماهیت گرانش کوانتومی و رابطه بین هندسه و نظریه های میدانهای کوانتومی متمرکز شده است.

نظریه ریسمان و فیزیک هندسی
-------------------------------------
بنیاد بین‌المللی تئوری‌ها و دکترین‌ها: سخنرانی بیشتر در سطح عمومی ارائه شد اما ناگزیر در بخش‌هایی حالت تخصصی به خود گرفت. در بخش ارتباط نظریه ریسمان و هندسه.

حال به شرح مختصری و بخشهایی از آنچه در این کنفرانس مطرح شد می‌پردازیم:
فیزیک مدرن با نیوتن آغاز می‌شود داستان معروف سیب و کشف گرانش. می‌توان گفت همه اجسام چه سیب باشند چه کرات دیگر، همه تحت یک سری قوانین ساده در مورد مدارشان، حرکتشان و مسیرشان قرار دارند. در نظریه نیوتن فضا تخت محسوب شده بود. اینشتین زمان را به فضا اضافه کرد و انحنای فضا را مطرح کرد. انحنای فضا بستگی به قرارگیری جرم ها در فضا دارد. ذرات در فضا انحنا بوجود می‌آورند و هر چقدر جرمشان بیشتر باشد انحنای بیشتری ایجاد می‌کنند. وقتی ذرات دیگر می‌خواهند حرکت کنند در کوتاه‌ترین مسیر حرکت قرار می‌گیرند. در نتیجه مسیرشان ممکن است از حالت خطی درآید و به صورت مدار بسته قرار بگیرد. انحنای فضا گاهی توهم نیرو را بوجود می‌آورد. دو مورچه را در نظر بگیرید که در مسیری موازی هم حرکت می‌کنند. اگر آنها در صفحه تخت حرکت کنند به حرکت موازی خویش ادامه می‌دهند و هیچ نیرویی به هم وارد نمی‌کنند. ولی اگر دو مورچه در کره‌ای که انحنای مثبت دارد حرکت کنند و اگر آنها به مسیر خودشان ادامه بدهند فاصله‌شان به تدریج کمتر و کمتر می‌شود و این توهمی بوجود می‌آورد که نیرویی این کار را می‌کند. اگر انحنا هم منفی باشد این دو از هم فاصله می گیرند. در صورتی که دورشدن یا نزدیک شدنشان بخاطر انحنای فضا است. حتی نور هم وقتی از کنار جرم رد می‌شود خم می‌شود. اولین نشانه‌های تایید نسبیت انحنای نور ستاره‌ها وقتی از کنار سیارات رد می‌شدند، بود. با نسبیت می‌توان مهبانگ و جهان را توصیف کرد.
ذرات در مقیاس اتمی خواص عجیبی دارند و ابر‌مانند هستند. این آغاز مکانیک کوانتومی بود. فیزیک کوانتومی، فیزیک کلاسیک را سرنگون کرد. در کوانتوم احتمالات مطرح بود و اینشتین با این موضوع مساله داشت. بعد از آن متوجه شدند که اعمال نیرو توسط مبادله ذرات صورت می‌پذیرد.
وقتی دانشمندان خواستند گرانش و مکانیک کوانتومی را باهم ادغام کنند به مشکل برخوردند چرا که جواب معادله ها بی‌نهایت می‌شد. وقتی نظریه ریسمانها مطرح شد به نظر مشکل نیروی گرانش مطرح شده اینشتین و مکانیک کوانتومی حل شد. شروع نظریه ریسمانها در سال 1960 بود که ابتدا نظریه ذرات بود و بعد فهمیدند درباره ریسمانهاست. ریسمانها جایگزین ذرات شدند. ریسمانها بُعدِ اضافی دارند و بسته به اینکه چه حالت ارتعاشی‌ای داشته باشند خواص مختلفی به ذرات مختلف می‌دهند. الکترونها و کوارک‌ها همگی ریسمانند.
در مورد ذرات گفتیم که تبادل ذرات منجر به وجود آمدن نیرو بین آنهاست. در مورد ریسمانها هم، تبادل ریسمانها بوجودآورنده نیرو بین آنهاست. واکنش بین دو ریسمان، در دیاگرامی معروف به دیاگرام شلواری نمایش داده شده است. با این دیاگرام می‌توان تمام واکنشهایی که در عالم است را توضیح داد. نظریه ریسمانها از نظریه ذرات بهتر است. از یک نظر بخاطراینکه ترکیب بین دو ریسمان نسبت به ذرات، به صورت خیلی ملایم‌تری انجام می‌شو. ذرات در یک نقطه از مکان و زمان از هم جدا می‌شوند البته اگر بخواهند ذره مبادله کنند. اما در ریسمانها نمی‌توان گفت کجا با هم ترکیب شدند. چون نقطه‌ای که ریسمانها با هم ترکیب می‌شوند بسته به برش است برای همین حالت‌های متعددی وجود دارد. اینگونه نیروها ملایم‌تر می‌شود و آن تکیدگی‌ای که نیروی گرانش در مورد نظریه ذرات می‌دهد در مورد نظریه ریسمانها نمی‌دهد. حالت این دیاگرام به حل مشکل کوانتوم و گرانش کمک می‌کند.

ارتباط نظریه ریسمان و هندسه
-----------------------------------------
نظریه‌ی ریسمان ادعا می‌كند كه دنیای ما 10 بعدیست. یعنی 9 بعد مكانی و یك بعد زمانی دارد. این برخلاف تجربیات ماست. یعنی ما فكر می‌كنیم كه در دنیایی با سه بعد مكانی و یك بعد زمانی زندگی می‌كنیم. به همین دلیل توجیه می‌كند كه6 بعد اضافی در واقع در دنیای ما وجود دارند ولی فشرده شده‌اند. این بعدهای اضافی در آزمایش‌های با انرژی بالاتر باید قابل مشاهده باشد. اما فایده 6 بعد اضافه برای فیزیک چیست؟ سوالاتی هست که در فیزیک 4 بعدی توضیح ندارد.
1- سیاهچاله و مشکل انتروپی
2- چه عاملی تعیین کننده تعداد و انواع ذرات بنیادی هستند
3- حل برخی مسائل در 4 بعد احتیاج به ابعاد اضافه دارد
4- خواص نیروهای قوی در 4 بعد به سختی قابل محاسبه هستند.

با نظریه ریسمان با بعدهای اضافه می‌توان خیلی از مسائل را حل کرد.