بسیاری از فیزیک‌دان‌ها نظریه‌ی ریسمان را بهترین امید ما برای ترکیب فیزیک کوانتوم و گرانش در نظریه‌ی یک‌پارچه‌ی همه‌چیز می‌دانند. با این‌حال نظریه‌ی ‌مخالفی هم هست که می‌گوید این مفهوم ازلحاظ عملی شبه‌علم است،‌ زیرا امکان آزمون آن در آزمایشگاه تقریباً غیرممکن است. حال برخی دانشمندان می‌گویند که درنتیجه‌ی حدس‌های جدیدی که نظریه‌ی ریسمان درمقابل انبساط کیهانی دارد روش جدیدی برای انجام دقیق آن دردست دارند.

این سوال مطرح می‌شود: آیا عالم همه رازهای کوانتومی خود را به ما نشان می‌دهد یا بخشی از جزئیات کلاسیکی آن را از دید کلاسیکی ما پنهان می‌کند؟ زیرا ممکن است اگر بتوانیم جزئیات را ببینیم نظریه ریسمان نتواند آنها را توصیف کند. یک راه برای رد این ایده این است که بتوانیم ثابت کنیم نمی‌تواند ویژگی‌های بنیادی عالم را پیش‌بینی کند. و به‌نظر می‌رسد که نظریه‌ی ریسمان در توصیف علل عمومی آنچه در لحظات اولیه جهان پس‌از مهبانگ گذشته مشکل پایداری دارد: تورم.

ماریلنا لوورده،‌ فیزیک‌دانی از دانشگاه استونی بروک، می‌گوید: ناگزیرترین پاسخ به این که چرا جهان ما این‌طور به‌نظر می‌رسد و ساختار آن به کجا می‌رود، ‌تورم است. تورم توضیح می‌دهد که به یک معنا چطور ما در جهان همه چیز را از هیچ‌چیز به‌دست آورده‌ایم. نظریه می‌گوید که جهان اولیه یک فاز انبساطی شدید را پشت‌سر گذاشته است. این فرایند باعث تشدید جرقه‌های تصادفی در خلا کوانتومی شد و آنها را به کهکشان و دیگر ساختارهای اطراف ما تبدیل کرد.

بااین‌حال نظریه‌پردازان برای نشان‌دادن چگونگی یا نحوه‌ی کارکرد تورم در نظریه ریسمان مشکلاتی داشته‌اند. امیدوارکننده‌ترین راه برای انجام این کار –که اصطلاحاً ساختار KKLT نامیده شده- هیچ‌کس را قانع نمی‌کند. سودهاساتوا برهما، کیهان‌شناس دانشگاه مک‌گیل، می‌گوید: بستگی دارد که از چه کسی بپرسید. این تردید در پس‌زمینه‌ی ذهن بسیاری از کسانی که روی نظریه‌ی ریسمان کار می‌کنند وجود دارد: آیا واقعاً کار می‌کند؟

گروهی از نظریه‌پردازان در سال ۲۰۱۸ مجموعه نتایج وسوسه‌کننده‌ای کسب کردند که این مشکلات بازتاب‌دهنده یک امر غیرممکن است –که شاید فقط تورم نمی‌تواند در این نظریه رخ دهد.

آنچه اصطلاحاً حدس باتلاق swampland دوسیته نامیده شده مدعی است هر نسخه از مفهومی که بتواند فضای دوسیته را توصیف کند –عبارتی برای نوعی جهان که انتظار داریم در آن تورم رخ دهد- نوعی شکاف تکنیکی دارد که آن را در باتلاقی از نظریه‌های ردشده می‌اندازد.

کسی حدس باتلاق را اثبات نکرده است و چندین نظریه‌ی ریسمان هنوز انتظار دارند که شکل نهایی نظریه هیچ مشکلی با تورم نخواهد داشت. اما بسیاری معتقدند بااین‌که ممکن است دقیقاً این حدس نباشد، اما چیزی نزدیک به آن خواهد بود. برهما امیدوار است حدس باتلاق را به چیزی تغییر دهد که به‌طورکلی تورم را رد نکند. او می‌گوید: شاید تورم هم باشد. اما باید دوره‌ی کوتاه تورمی باشد.

هر محدودیتی در تورم چشم‌انداز آزمون نظریه‌ی ریسمان علیه داده‌های واقعی را بالا می‌برد، اما آزمون قطعی نیازمند اثبات حدس است. طبق نظر کامران وفا، فیزیک‌دان دانشگاه هاروارد و یکی از نویسندگان حدس باتلاق، اگر محققان بتوانند ایده‌ای را با قوانین فیزیکی قابل‌اعتماد پیوند دهند، می‌توانند برای ساخت آن ایده اقدام کنند. او می‌گوید: دو سطح داریم. اول،‌ اطمینان بیشتر از اصول و سپس توضیح آن.

یک رویکرد برای ایجاد اعتمادبه‌نفس، تلاش برای توضیح این است که چه نوع قوانین فیزیکی‌ای تورم را محدود می‌کنند، یا انجام تحقیقات به‌شیوه‌های کاربردی‌تر: چطور نظریه‌پردازان نظریه‌ی ریسمان می‌توانند امید داشته باشند که کیهان‌شناسان را به تجدیدنظر در نظریه‌ی دلخواه آنها ترغیب کنند؟

این نوع سوالات باعث شد وفا و همکارش الک بدرویا،‌در دانشگاه هاروارد، به‌دنبال دلیلی فیزیکی باشند که بتواند حدس باتلاق را توجیه کند. آنها در جایی که انتظارش را نداشتند یک کاندید پیدا کردند. آنها می‌دانستند که تورم قبلاً نیز مسئله‌ی حل‌نشده‌ای بود که به‌دنبال راه‌حل برای آن می‌گشتند: همه‌ی نظریه‌پردازان در ریزترین جزئیات کوانتومی هنگام رخ‌دادن انبساط و تشدید ایستایی خلا توافق نداشتند.

فیزیک‌دان‌ها یک نظریه‌ی عملی که جهان زیرِ سطح موسوم به طول پلانک را توصیف کند، ندارند؛ فاصله‌ی بسیار دقیقی که انتظار می‌رود در آن جنبه‌های کوانتومی گرانش خود را نشان دهد. به‌طور معمول طرفداران تورم باید فرض کنند که روزی می‌توانند روی جزئیاتی از «فراتر از مقیاس پلانک» کار کنند و تفاوت چندانی در پیش‌بینی‌ها ایجاد نمی‌کند. اما این‌که این مرحله چطور رخ خواهد داد سوال بدون پاسخی باقی می‌ماند.

وفا و بدرویا پاسخ ساده‌ای داده‌اند: فراموشش کنید. حدس سانسور فراتر از مقیاس پلانک جدید آنها مدعی است که علی‌رغم اثر تقویتی انبساط، نامعلومی کوانتومی بسیار ریز همیشه باید بسیار ریز و کوانتومی باقی بماند. اگر این ایده صحیح باشد، بیانگر محدودیت در مقدار تورمی است که می‌توانست رخ دهد، زیرا تورم بسیار زیاد به‌معنای تقویت جزئیات فراتر از مقیاس پلانک است.

بنابراین محققان معتقدند که با یافته ای جدید در نظریه‌ی ریسمان می‌توانند برای یافتن برخی پاسخ‌های خود واقعاً به آسمان نگاه کنند. چه مقدار تورم برای حدس سانسور بسیار زیاد است؟ اوضاع کمی پیچیده است. مدل‌های مختلف زیادی برای فرایند واقعی تورم وجود دارد، و هنوز اخترفیزیک‌دان‌ها داده‌هایی که یکی از آنها را تایید کند یا ایده‌ی اصلی‌ای که در مجموع توصیف درستی از جهان ما ارایه کند، ‌ندارند. محققان شروع به کار روی محدودیت‌هایی کرده‌اند که حدس جدید بر بسیاری از نسخه‌های تورم می‌گذارد. برخی روش غیرقابل‌انتقالی برای پنهان کردن جزئیات فراتر از مقیاس پلانک دارند، اما لوورده می‌گوید که بسیاری از مدل‌های معمولی تا حدی تناقض دارند.

یک تناقض آشکار از امواج گرانشی «اولیه» ناشی می‌شود. این امواج، که نظریه‌پردازان انتظار دارند طی فاز تورمی ایجاد شده باشند، می‌توانند نشانه ضعیف اما مشخصی در تابش زمینه‌ی کیهانی به‌جا گذاشته باشند. این امواج تاکنون دیده نشده‌اند،‌ اما تلسکوپ‌ها به‌دنبال آنها می‌گردند. لوورده می‌گوید حدس سانسور فقط اجازه‌ی مقدار کوچک و غیرقابل‌رصد و مهملی را می‌دهد، آن‌قدر کوچک که هر نشانه‌ای از این امواج به‌ این معناست که حدس بر جهان ما اعمال نخواهد شد مگراین‌که نظریه‌پردازان بتوانند توضیح متفاوتی برای آنها ارائه کنند.

آیا این حدس واقعاً از عهده‌ی آزمون نظریه‌ی ریسمان برمی‌آید؟ طبق گفته‌ی وفا خیر، هنوز خیلی زود است. اکنون این اصول هنوز فقط حدس می‌زنند. هر چه این اصول بیشتر به هم مربوط شوند، روابط غیرمنتظره و غافلگیر‌کننده، چرایی درستی آنها باورپذیرتر خواهد شد.

نویسنده: Brendan Z. Foster

منبع: https://www.scientificamerican.com/article/will-string-theory-finally-be-put-to-the-experimental-test/