رئيسي العلوم والتكنولوجيا شرح نظرية الأوتار: دليل أساسي لنظرية الأوتار

شرح نظرية الأوتار: دليل أساسي لنظرية الأوتار

في مجال فيزياء الجسيمات ، تجمع نظرية الأوتار بين ميكانيكا الكم ونظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين.

انتقل إلى القسم


Neil deGrasse Tyson يعلم التفكير العلمي والتواصل Neil deGrasse Tyson يعلم التفكير العلمي والتواصل

يعلمك عالم الفيزياء الفلكية الشهير Neil deGrasse Tyson كيفية العثور على الحقائق الموضوعية ويشاركك في أدواته لتوصيل ما تكتشفه.



يتعلم أكثر

ما هي نظرية الأوتار؟

توفر نظرية الأوتار إطارًا نظريًا تكون فيه جميع الجسيمات ، من الفوتونات إلى الكواركات ، أوتارًا أحادية البعد بدلاً من النقاط الصفرية. إذا تم العثور على نسخة من نظرية الأوتار صمدت في جميع السياقات ، فستكون بمثابة نموذج رياضي واحد لوصف طبيعة الكون - نظرية لكل شيء من شأنه أن يحل محل النموذج القياسي للفيزياء ، والذي لا يفسر الجاذبية.

الأفكار الخمسة المركزية لنظرية الأوتار

يتطلب فهم خصوصيات وعموميات نظرية الأوتار دراسة مكثفة ، لكن التعرف على العناصر الرئيسية لنظرية الأوتار سيمنحك فهمًا أساسيًا لمفاهيمها الأساسية.

  1. الأوتار والأغشية : الأوتار هي خيوط أحادية البعد تأتي في شكلين: أوتار مفتوحة وخيوط مغلقة. السلسلة المفتوحة لها نهايات لا تتصل ، بينما تشكل السلسلة المغلقة حلقة مغلقة. الأغشية (المشتقة من كلمة 'غشاء') عبارة عن كائنات شبيهة بالصفائح يمكن أن تلتصق بها الأوتار في أي من طرفيها. الأغشية قادرة على التحرك عبر الزمكان وفقًا لقواعد ميكانيكا الكم.
  2. أبعاد مكانية إضافية : يقبل الفيزيائيون أن كوننا يحتوي على ثلاثة أبعاد مكانية ، لكن منظري الأوتار يجادلون في نموذج يصف أبعادًا إضافية للفضاء. في نظرية الأوتار ، لا يتم اكتشاف ستة أبعاد إضافية على الأقل لأنها مضغوطة بإحكام في شكل مطوي معقد يسمى مشعب كالابي-ياو.
  3. الجاذبية الكمومية : نظرية الأوتار هي نظرية الجاذبية الكمومية لأنها تحاول دمج فيزياء الكم مع نظرية النسبية العامة. تدرس فيزياء الكم أصغر الأجسام في الكون - مثل الذرات والجسيمات دون الذرية - بينما تركز النسبية العامة عادةً على الأشياء الأكبر حجمًا في الكون.
  4. التناظر الفائق يصف التناظر الفائق ، المعروف أيضًا باسم نظرية الأوتار الفائقة ، العلاقة بين نوعين من الجسيمات ، البوزونات ، والفرميونات. في نظرية الأوتار فائقة التناظر ، يكون للبوزون (أو جسيم القوة) دائمًا فرميون نظير (أو جسيم مادة) ، والعكس صحيح. لا يزال مفهوم التناظر الفائق نظريًا ، حيث لم ير العلماء بعد أيًا من هذه الجسيمات. يتكهن بعض الفيزيائيين بأن السبب في ذلك هو أن إنتاج البوزونات والفرميونات يتطلب مستويات طاقة عالية بشكل لا يصدق. قد تكون هذه الجسيمات موجودة في الكون المبكر قبل الانفجار الأعظم ولكن بعد ذلك تم تقسيمها إلى جسيمات منخفضة الطاقة التي نراها اليوم. قد يولد مصادم الهادرونات الكبير (مصادم الجسيمات الأعلى طاقة في العالم) في مرحلة ما طاقة كافية لدعم هذه النظرية - على الرغم من أنه حتى الآن لم يظهر دليلًا على التناظر الفائق.
  5. القوات الموحدة : يعتقد منظرو الأوتار أن بإمكانهم استخدام سلاسل متفاعلة لشرح كيف أن القوى الأساسية الأربعة للطبيعة - قوة الجاذبية ، والقوة الكهرومغناطيسية ، والقوة النووية القوية ، والقوة النووية الضعيفة - تخلق نظرية موحدة لكل شيء.
نيل ديغراس تايسون يدرّس التفكير العلمي والتواصل الدكتورة جين غودال تُدرّس الحفظ كريس هادفيلد يعلّم استكشاف الفضاء ماثيو والكر يعلّم علم النوم الأفضل

تاريخ موجز لنظرية الأوتار

يمثل الجدول الزمني التالي إنجازات مهمة في مجال نظرية الأوتار.



  • 1968 استخدم غابرييل فينيزيانو ، عالم الفيزياء النظرية الإيطالي الذي يعمل في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) ، البيانات التي تم جمعها من مختلف مسرعات الجسيمات لصياغة أسس نظرية الأوتار. قام ببناء نموذج الرنين المزدوج بعد أن أدرك أنه يمكنه استخدام صيغة دالة بيتا أويلر البالغة من العمر 200 عام لشرح الخصائص الفيزيائية للجسيمات شديدة التفاعل.
  • 1970 : تمت صياغة اسم 'نظرية الأوتار' عندما استخدم ثلاثة فيزيائيين - ليونارد ساسكيند ، وهولجر نيلسن ، ويويشيرو نامبو - نموذج فينيزيانو للإيحاء بأن الكون مكون من أوتار متذبذبة صغيرة.
  • 1971 : بدأ أستاذ الفيزياء النظرية بيير راموند في تطوير نظرية الأوتار الفائقة من خلال صياغة مفهوم التناظر الفائق.
  • 1974 اكتشف الفيزيائي الياباني Tamiaki Yoneya أن نظرية الأوتار تحتوي على جسيم له خصائص الجرافيتون - وهو جسيم كمي يتحمل قوة الجاذبية - وأدرك أن جوانب نظرية الأوتار قد تكون أيضًا نظرية الجاذبية.
  • 1984 : اكتشف الفيزيائي الإنجليزي مايكل جرين والفيزيائي الأمريكي جون شوارتز إلغاء الشذوذ في نظرية الأوتار من النوع الأول ، والتي أصبحت تُعرف باسم آلية جرين شوارتز. ربط هذا الحدث أيضًا أفكار نظرية الأوتار بالتناظر الفائق وأطلق أول ثورة في الأوتار الفائقة.
  • 1985 : اكتشف 'برينستون سترينغ الرباعية' - ديفيد جوس ، وجيفري هارفي ، وإميل مارتينيك ، وريان روم - سلاسل غير متجانسة ، وهي أوتار مغلقة عبارة عن أوتار هجينة من أوتار فائقة وبوزونية.
  • خمسة وتسعين وخمسة وتسعين : اقترح إدوارد ويتن ، عالم الفيزياء النظرية في معهد الدراسات المتقدمة في برينستون ، نيو جيرسي ، أن الإصدارات الخمسة المختلفة المقبولة لنظرية الأوتار ليست في الواقع نظريات منفصلة. اقترح ويتن أنها مجرد حدود متغيرة لنظرية واحدة أطلق عليها ويتن M-Theory. أطلقت فكرة M-Theory ثورة الأوتار الفائقة الثانية.

فئة رئيسية

اقترح لك

دروس عبر الإنترنت تدرس من قبل أعظم العقول في العالم. توسيع معرفتك في هذه الفئات.

نيل دي جراس تايسون

يعلم التفكير العلمي والاتصال

تعرف على المزيد د. جين جودال

يعلم الحفظ



تعرف على المزيد كريس هادفيلد

يعلم استكشاف الفضاء

تعرف على المزيد ماثيو والكر

يعلم علم النوم الأفضل

يتعلم أكثر

يتعلم أكثر

احصل على ال عضوية MasterClass السنوية للوصول الحصري إلى دروس الفيديو التي يدرسها رواد الأعمال والعلوم ، بما في ذلك Neil deGrasse Tyson و Chris Hadfield و Jane Goodall والمزيد.