بسیاری از فیزیک‌دان‌ها نظریه‌ی ریسمان را بهترین امید ما برای ترکیب فیزیک کوانتوم و گرانش در نظریه‌ی یگانه همه‌چیز می‌دانند. با این‌حال نظریه‌ی ‌مخالفی هم هست که می‌گوید این مفهوم ازلحاظ عملی قابل آزمایش نیست، از این رو در محدوده فیزیک تجربی قرار نمی گیرد. حال برخی دانشمندان می‌گویند که درنتیجه‌ی حدس‌های جدیدی که نظریه‌ی ریسمان برای انبساط کیهانی دارد روش جدیدی برای آزمون این نظریه دارند.

ماریلنا لوورده،‌ فیزیکدانی از دانشگاه استونی بروک، می‌گوید: ناگزیرترین پاسخ به این که چرا جهان ما این‌طور به‌نظر می‌رسد و ساختارها چگونه شکل گرفته اند، نظریه ‌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 (تورمی) را پشت‌سر گذاشته است. این فرایند باعث ایجاد بذرهای اولیه اختلالات در کیهان شده، اختلالاتی که در تابش زمینه کیهان آن را می بینیم. اختلالتی که به دلیل ناپایداری گرانشی تبدیل به ساختارهای کیهانی مانند کهکشان ها شده است.

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- جامعه علمی را قانع نکرده است. 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 این نظریه می‌کند؟

گروهی از نظریه‌پردازان در سال ۲۰۱۸ مجموعه نتایج نظری جالبی را به دست آورده اند – شاید فقط تورم نمی‌تواند در این نظریه رخ دهد.

آنچه اصطلاحاً «حدس باتلاق» swampland دوسیته در نظریه ریسمان نامیده شده مدعی است که در فضای نظریه های قابل قبول کیهان اولیه، ناحیه ای از نظریه ها وجود دارند که از نظر سازگاری درونی قابل قبول نیستند.

کسی حدس باتلاق در نظریه ریسمان را اثبات نکرده است و ممکن است که شکلی از نظریه ریسمان هیچ مشکلی با تورم نداشته باشد. اما بسیاری معتقدند بااین‌که ممکن است دقیقاً این حدس نباشد، اما چیزی نزدیک به آن خواهد بود. « برهما» امیدوار است «حدس باتلاق» را به شکلی تغییر دهد که به‌طورکلی تورم را رد نکند. او می‌گوید: شاید تورم هم باشد. اما باید دوره‌ی کوتاه تورمی داشته باشیم.

هر محدودیتی در مدل های تورمی چشم‌انداز آزمون نظریه‌ی ریسمان با استفاده از 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 نسبت به حدس باتلاق، تلاش برای توضیح این است که چه نوع قوانین فیزیکی‌ای مدل های تورمی 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 (تورم) ترغیب کنند؟

این نوع سؤالات 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 داشته است که به‌دنبال راه‌حل برای آن می‌گشتند: اختلالات کوانتومی در مقیاس های بسیار کوچک (ابعاد پلانک) چگونه رخ می دادند و تبدیل به افت و خیزهای کلاسیک می شدند؟

فیزیک‌دان‌ها یک نظریه‌ی که مقیاس های کوچکتر از طول پلانک را توصیف کند، ندارند؛ فاصله‌ی بسیار دقیقی که انتظار می‌رود در آن جنبه‌های کوانتومی گرانش خود را نشان دهد.

وفا و بدرویا پاسخ ساده‌ای داده‌اند: فراموشش کنید. «حدس سانسور فراتر از مقیاس پلانک» آن ها مدعی است که علی‌رغم اثر تقویتی انبساط کیهان، ویژگی های کوانتومی مقیاس بسیار کوچک 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 کوچکتر 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 تأیید کند یا ایده‌ی اصلی‌ای که در مجموع توصیف درستی از جهان ما ارايه 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 (مقیاس های کوچکتر) 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 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/