علم الفيزياء النظرية مفهوم وقواعد ونظريات

[فيزيائي مفعم]

وجدت هذه المقالة في احد المواقع العربية

النظرية إم (المصفوفة)
1-مقدمة
لقد برزت خلال الثلاثة عقود المنصرمة بُنية نظرية مدهشة رشحت نفسها لتكون هي النظرية الاساسية لوصف الطبيعة، وحتى وقت قريب كانت هذه البُنية النظرية تُعرف تحت مسمى النظرية الخيطية "نظرية الاوتار" حيثُ كان يُعتقد بان النظرية الاساسية للطبيعة ينبغي ان يُعبر عنها بشكل اكثر فعّالية من خلال اوتار مُكممة quantized strings اى عن طريق درجات حرية الوتر الكمي. و منذ العام 1995 و نتيجة للعديد من التطورات الحديثة فقد تغيرت وجهة نظرنا هذه تغيراً جزرياً. و قد قاد التوسع فى المعرفة و ازدياد مستوى الفهم للجوانب اللا إضطرابية nonperturbative لنظرية الاوتار الى الادراك بان كل النظريات الوترية (خمسة نظريات هي نظريه الاوتار النوع الأول، نظريه الاوتار النوع الثاني A، نظريه الاوتار النوع الثاني B، نظريه الاوتار HE و نظريه الاوتار HO) تبدو كحالات نهاية خاصة لنظرية اكثر شمولية و اساسية اُطلق عليها إسم النظرية إم M-theory .
في حين أن نظريات الأوتار الفائقة قد أعطت نماذج مجهرية microscopic لنظرية التثقال الكمي في 10 ابعاد زمكانية space-time فاننا نجد ان النظرية إم تحتاج الى 11 بعداً زمكانياً. ونحن حتى الان ليس لدينا تعريف اساسي دقيق للنظرية إم. و لكن من المتوقع ان يبرز عدد الابعاد الزمكانية فى الصياغة الاكثر طبيعية للنظرية كتقريب سلس Smooth approximation لمنظومة رياضية غير هندسية.
في الوقت نفسه الذي حلت فيه النظرية إم محل نظريات الاوتار الفائقة باعتبارها المرشح الطبيعي للنظرية التى تُعطي الوصف الاساسي (الجوهري) للكون، فان الاوتار قد فقدت دورها كدرجة حرية اساسية.
كلا من النظرية إم ونظرية الأوتار تحتوي على كائنات ديناميكية dynamical objects مختلفة فى عدد ابعادها ونجد انه بالاضافة للوتر اُحادي البعد (1-غشاء) فان نظريات الاوتار تحتوي على كائنات نقطية pointlike objects (غشاء-0) و اغشية ثنائية الابعاد membranes (غشاء-2) و اغشية ثلاثية الابعاد (3-غشاء) و كائنات من مختلف عدد الابعاد قد تصل الى ثمانية او تسعة ابعاد. ومن الناحية الاخرى يبدو ان النظرية إم التى تعيش فى 11 بُعداً زمكانياً تحتوي فقط على اغشية ديناميكية ثنائية وخماسية اى 2-غشاء و 5-غشاء. و بين كل درجات الحرية هذه فانه لا يوجد اي سبب بسيط واضح يفسر لنا لماذا نجد ان "اوتار" نظرية الاوتار اكثر اساسية من الاغشية الصفرية (الجسيمات النقطية) و الاغشية الثلاثية ..الخ فى نظرية الاوتار، او من الاغشية الثنائية (2-غشاء) فى النظرية إم. و فى حين ان التوسع الاضطرابي perturbative expansion فى نظرية الاوتار يبدو منطقياً فى النطاق الذي يكون فيه للنظرية ثابت اقتران وتري string coupling صغير المقدار, فان هناك ايضاً حدود تجعل النظرية توصف بديناميكا الطاقة المنخفضة low-energy dynamics لمنظومة الاغشية ذات عدد الابعاد الأعلى او الادنى. و يبدو انه من خلال اعتبار ديناميكا اي من درجات الحرية هذه, فاننا نستطيع فقط التوصل الى جزء من الوصف الفيزيائي الكامل للنظرية إم.