تجمع هذه النظرية بين جميع نظريات الأوتار الفائقة الخمس والجاذبية الفائقة في إحدى عشر بُعدًا معًا، وتتطلب النظرية أدوات رياضية لم يتم اختراعها بعد، وتم اقتراح النظرية من قبل إدوارد ويتن من أجل فهمها بالكامل.
ما هي نظرية إم
هذه النظرية تربط ما بين الأوتار الفائقة ونظرية الجاذبية الفائقة، وذلك من خلال خلفيات هندسية مختلفة، ويربط مبدأ الثنائية هذه الحدود ببعضها البعض، حيث أن هناك نظريتان فيزيائيتان مزدوجتان مع بعضهما البعض، خاصةً إذا كانت لهما نفس الخصائص الفيزيائية بعد تحول رياضي معين.
نظرية إم هو اسم لنسخة موحدة من نظرية الأوتار التي اقترحها العالم الفيزيائي إدوارد ويتن، حيث كان هناك خمس أشكال مختلفة من نظرية الأوتار، لكن العالم الفيزيائي ويتن طرح فكرة أن كل منها كان مظهرًا من مظاهر نظرية أساسية واحدة.
حدد العالم ويتن وآخرون عدة أشكال من الازدواجية بين النظريات التي ممكن أن تسمح لهم جميعًا بأن تكون نظرية واحدة جنبًا إلى جنب مع بعض الافتراضات حول طبيعة الكون وهي نظرية إم، كما أن أحد المكونات الرئيسية لنظرية إم هو أنها تطلبت إضافة بُعد آخر فوق الأبعاد الإضافية العديدة بالفعل لنظرية الأوتار، حتى يمكن العمل على العلاقات بين النظريات.
خصائص نظرية إم
- 11 بُعدًا للزمكان، حيث لا يجوز الدمج بين هذه الأبعاد الإضافية والفكرة في الفيزياء لكون متعدد من الأكوان المتوازية.
- يحتوي على خيوط وأغشية تسمى في الأصل أغشية.
- تستخدم الدمج لشرح كيفية تقليل الأبعاد الإضافية إلى أبعاد الزمكان الأربعة التي نلاحظها.
- الثنائيات والتعريفات داخل النظرية تسمح لها بالاختزال إلى حالات خاصة من نظريات الأوتار المعروفة إلى الفيزياء التي نلاحظها في الكون.
ثورة نظرية الأوتار الثانية في نظرية إم
كانت نظرية الأوتار قد وصلت إلى مشكلة بسبب وفرة الثروات، فمن خلال تطبيق التناظر الفائق على نظرية الأوتار في نظرية الأوتار الفائقة المجمعة، اكتشف الفيزيائيون بمن فيهم ويتن نفسه الهياكل المحتملة لهذه النظريات، وأظهر العمل الناتج خمس إصدارات متميزة من نظرية الأوتار الفائقة، كما تم التوصل إلى أنه يمكن استخدام أشكال معينة من التحولات الرياضية مثل (S-duality و T-duality) بين الإصدارات المختلفة لنظرية الأوتار.
ثم اقترح العالم ويتن تخمينه بأن تؤخذ هذه الثنائيات على محمل الجد واقترح، ماذا لو كان المعنى المادي لهذه النظريات هو أن الأساليب المختلفة لنظرية الأوتار كانت طرقًا مختلفة للتعبير رياضيًا عن نفس النظرية الأساسية، وعلى الرغم من أنه لم يكن لديه تفاصيل تلك النظرية الأساسية المحددة ، فقد اقترح اسمها نظرية M.
جزء من الفكرة في قلب نظرية الأوتار نفسها هو أن الأبعاد الأربعة عبارة عن أبعاد الفضاء الثلاثة، والبعد الزمني الواحد للكون المرصود، ويمكن تفسيرها من خلال التفكير في الكون على أنه يحتوي على عشرة أبعاد، لكن بعد ذلك تم دمج ستة منها، عبارة عن أبعاد تصل إلى نطاق مجهري الذي لم يتم ملاحظته أبدًا.
إلى جانب ذلك فإن العالم ويتن هو واحد من الأشخاص الذين طوروا هذه الطريقة في أوائل الثمانينيات، واقترح الآن القيام بالشيء نفسه بافتراض أبعاد إضافية من شأنها أن تسمح بالتحولات بين متغيرات نظرية الأوتار عشرة أبعاد مختلفة.
مدى صحة نظرية إم
إن نظرية إم مثل المتغيرات في نظرية الأوتار، لديها مشكلة أنها في الوقت الحاضر لا تقدم تنبؤات حقيقية، حيث يمكن اختبارها في محاولة لتأكيد النظرية أو دحضها، حيث يواصل العديد من علماء الفيزياء النظرية البحث في هذا المجال، ولكن عندما يكون لديك أكثر من عقدين من البحث دون نتائج قوية، فإن الحماس بلا شك يتضاءل قليلاً.
ومع ذلك، لا يوجد دليل على أن تخمين نظرية العالم ويتن (M-Theory) خاطئ أيضًا، وقد تكون هذه حالة يكون فيها الفشل في دحض النظرية، مثل إظهارها على أنها متناقضة داخليًا أو غير متسقة بطريقة ما، وهو أفضل ما يمكن أن يأمله الفيزيائيون في الوقت الحالي.
أصل نظرية إم
تصنف الجسيمات المعروفة في الطبيعة وفقًا للفها المغزلي إلى بوزونات وتعني (عدد صحيح دوران) أو فرميونات وتعني (دوران نصف عدد صحيح فردي)، حيث أن الأولى هي التي تحمل القوى على سبيل المثال الفوتون الذي يحمل القوة الكهرومغناطيسية والغلون الذي يحمل القوة النووية الشديدة والجرافيتون الذي يحمل قوة الجاذبية.
والثاني يشكل المادة التي صنعت مثل الإلكترون أو الكوارك، وصفت نظرية الأوتار الأصلية فقط الجسيمات التي كانت بوزونات وبالتالي كانت نظرية الأوتار البوزونية،ولم تصف فيرميونات لذلك لم يتم تضمين الكواركات والإلكترونات على سبيل المثال في نظرية الأوتار البوزونية.
من خلال إدخال التناظر الفائق في نظرية الأوتار البوزونية، يمكن الحصول على نظرية جديدة تصف كلاً من القوى والمادة التي يتكون منها الكون تسمى بنظرية الأوتار الفائقة، وهناك ثلاث نظريات مختلفة للأوتار الفائقة منطقية لا تعرض أي تناقضات رياضية، في اثنين منهم يكون الكائن الأساسي عبارة عن سلسلة مغلقة، بينما في الثالثة تكون الأوتار المفتوحة هي اللبنات الأساسية.
وعلاوة على ذلك، من خلال مزج أفضل ميزات الوتر البوزوني والأوتار الفائقة، يمكننا إنشاء نظريتين أخريين متسقتين للأوتار وهي نظريات الأوتار غير المتجانسة، ومع ذلك فإن هذه الوفرة من نظريات الأوتار كانت لغزًا؛ فلحسن الحظ جاءت نظرية إم لحل هذا اللغز.
تطبيقات على نظرية إم
ساعدت هذه النظرية في توضيح الظواهر الفيزيائية مثل الموصلية الفائقة والحوسبة الكمومية، فقد شرحت التفاعلات المتعلقة بالموصلية الفائقة بين الإلكترونات والكشف عن آلية الموصلية الفائقة في درجات حرارة عالية نسبيًا.
قد تتحقق الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى ثورة تكنولوجية مع تطبيق التطورات المحتملة على مركبات النقل ذات الرفع المغناطيسي ونقل الطاقة إلى المدن.
أيضا تبين أهمية هذه النظرية في التشابك الكمي هو ظاهرة فيزيائية في صميم حسابات السرعة الفائقة التي تسمح بها أجهزة الكمبيوتر الكمومية، حيث يتم البحث فيه في دول حول العالم، قال العلماء أن الصيغة الجديدة ستكون مفيدة في الأبحاث الأساسية حول الحوسبة الكمومية والاتصالات الكمومية”.
من غير الواضح ما الذي تعنيه إم في نظرية إم على الرغم من أنه من المحتمل أنها كانت ترمز في الأصل إلى (Membrane)، حيث تم اكتشافها للتو كعنصر أساسي في نظرية الأوتار، ولقد كان ويتن نفسه غامضًا بشأن هذا الموضوع، وتجمع هذه النظرية بين جميع نظريات الأوتار الفائقة الخمس والجاذبية الفائقة في إحدى عشر بُعدًا معًا.
