ΓΛΥΚΑ ΔΙΟΝΥΣΟΠΟΥΛΟΥ, "Η Θεωρία των Χορδών"

Η προσπάθεια των φυσικομαθηματικών να συνδυάσουν την σχετικότητα με την κβαντομηχανική οδήγησε τελικά τους επιστήμονες, το 1984 να στρέψουν την προσοχή τους σ’ ένα καινούργιο σύνολο ιδεών που ονομάστηκε «θεωρίες των χορδών». Πριν από τις θεωρίες χορδών οι φυσικοί πίστευαν ότι τα θεμελιώδη δομικά συστατικά της ύλης ήταν απλώς σημεία στο χώρο. Όμως η βασική ιδέα της θεωρίας των χορδών είναι ότι αυτό που μέχρι τώρα θεωρούσαμε σημείο στο χώρο, είναι στην πραγματικότητα μία παλλόμενη ίνα ενέργειας που διαθέτει μόνο μήκος (και καμία άλλη διάσταση) και ονομάζεται χορδή. Όπως οι χορδές ενός έγχορδου μουσικού οργάνου πάλλονται με διαφορετικό τρόπο και δημιουργούν τις νότες οι οποίες με τη σειρά τους με κατάλληλους συνδυασμούς φτιάχνουν την μουσική, έτσι και οι «κοσμικές» χορδές ταλαντώνονται με διάφορες συχνότητες φτιάχνοντας όλα τα σωματίδια της ύλης και αυτά συνδυάζονται κατάλληλα ώστε να δημιουργήσουν την ύλη όπως την ξέρουμε.

Οι χορδές μπορεί να έχουν άκρες (ανοικτές χορδές) και να μοιάζουν με σχοινί ή μπορεί να σχηματίζουν βρόχους (κλειστές χορδές) και να μοιάζουν με λαστιχάκι. Γιατί όμως αν τα σωματίδια θεωρούνται χορδές, δεν μπορούμε να τα αντιληφθούμε ως χορδές; Η απάντηση είναι ότι οι χορδές και οι δονήσεις τους είναι τόσο μικροσκοπικές ώστε δεν μπορούν να ανιχνευθούν ακόμα και με τη χρήση της πιο σύγχρονης τεχνολογίας, έτσι φαίνονται σαν μικροσκοπικά σημεία τα οποία δεν έχουν άλλα χαρακτηριστικά. Στη θεωρία των χορδών η ανταλλαγή μποζονίων μεταξύ φερμιονίων αντιστοιχεί σε διαχωρισμό ή ένωση χορδών.

Στην προσπάθειά τους οι φυσικοί να ενσωματώσουν την βαρύτητα σε μια κβαντική περιγραφή της ύλης, δημιούργησαν πέντε διαφορετικές θεωρίες των χορδών οι οποίες έχουν πολλά κοινά σημεία αλλά διαφέρουν σημαντικά ως προς τη μαθηματική τους δομή. Τελικά αποδείχτηκε ότι αυτό που θεωρούσαμε σαν πέντε διαφορετικές θεωρίες, ήταν στην πραγματικότητα πέντε διαφορετικοί τρόποι θεώρησης του ίδιου πράγματος. Έτσι ενοποιήθηκαν οι θεωρίες των χορδών σε μία θεωρία, τη λεγόμενη Μ-θεωρία. Παρόλο όμως την ενοποίηση της η θεωρία των χορδών υποφέρει από αξεπέραστα προς το παρόν εμπόδια όπως:

Για να έχουν νόημα οι χορδές απαιτούνται τουλάχιστον 10 χωρικές και 1 χρονική διάσταση (στο σύνολο 11 διαστάσεις) που είναι πολύ δύσκολο να τις ανακαλύψουμε πειραματικά. Αλλά γιατί εμείς αντιλαμβανόμαστε μόνοι τρεις διαστάσεις χώρου και μία χρόνου και τις επιπρόσθετες διαστάσεις (αν υπάρχουν) δεν μπορούμε να τις αντιληφθούμε; Σύμφωνα με τη θεωρία των χορδών οι υπόλοιπες διαστάσεις δεν μοιάζουν με αυτές που ξέρουμε, αλλά είναι καμπυλωμένες (τυλιγμένες) σ' ένα χώρο με πολύ μικρό μέγεθος, έτσι σε μεγαλύτερες κλίμακες δεν βλέπουμε την καμπύλωση του χωροχρόνου ή τις επιπλέον διαστάσεις.

Ένα ακόμα μειονέκτημα της θεωρίας των χορδών και υπερχορδών είναι ότι εισάγουν την έννοια της υπερσυμμετρίας. Η υπερσυμμετρία είναι μια βαθύτερη συμμετρία η οποία συνδέει τα μποζόνια με τα φερμιόνια. Με λίγα λόγια λέει ότι σε κάθε φερμιόνιο αντιστοιχεί ένα υπερσυμμετρικό μποζόνιο και το αντίστροφο. Μέχρις στιγμής δεν έχει ανακαλυφθεί κανένα υπερσυμμετρικό σωματίδιο γιατί πρέπει να είναι πολύ βαρύτερο από τα άλλα σωματίδια και οι επιταχυντές μας δεν είναι τόσο ισχυροί. Όμως ακόμα και αν επιβεβαιωθεί η υπερσυμμετρία αυτό δεν σημαίνει ότι η θεωρία των χορδών είναι σωστή. Απλά, με την επιβεβαίωση ότι όντως υπάρχει η υπερσυμμετρία θα είχαμε μια ισχυρή ένδειξη ότι βρισκόμαστε στον σωστό δρόμο.

Ακόμα, ανακαλύφθηκε ότι μπορεί να υπάρχουν και κάποια άλλα αντικείμενα, τα οποία ονομάζονται μεμβράνες ν διαστάσεων ή αλλιώς ν-βράνες οι οποίες καταλαμβάνουν χώρους δύο ή και περισσότερων διαστάσεων. Υποθέτουμε πως οι ανοιχτές χορδές έχουν τα δύο άκρα τους στερεωμένα στην «επιφάνεια» των βρανών και έτσι δεν μπορούν να μεταπηδήσουν σε άλλες διαστάσεις. Αντίθετα οι κλειστές χορδές επειδή δεν έχουν ελεύθερα άκρα να πιαστούν, μπορούν και περνάνε σε άλλες διαστάσεις. Αυτό εξηγεί γιατί η βαρύτητα είναι τόσο διαφορετική από τις άλλες δυνάμεις καθώς επίσης και γιατί είναι φαινομενικά τόσο ασθενής συγκριτικά με τις υπόλοιπες. Το βαρυτόνιο μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα είδος κλειστής χορδής, οπότε είναι ελεύθερο να περνάει και σε άλλες διαστάσεις μειώνοντας έτσι φαινομενικά την ισχύ της βαρυτικής δύναμης. Γι’ αυτό το λόγο είναι και πολύ δύσκολο να το εντοπίσουμε.

Η θεωρία των χορδών δεν έχει μαθηματικές ανωμαλίες αλλά μέχρι στιγμής οι δυνατότητες πειραματικής επαλήθευσης που μας προσφέρει είναι λιγοστές. Το μόνο που γνωρίζουμε με βεβαιότητα είναι ότι διεκδικεί τον τίτλο της «Θεωρίας των Πάντων».