על תיאוריה חדשנית בתחום הפיזיקה - M-Theory
25/07/2011

מבוסס על:

אומרים על  הפיזיקאי הלורד קלווין, שהצהיר בסוף המאה ה – 19 על כך שכל הבעיות בפיזיקה נפתרו, פרט לשתיים: ניסוי מייקלסון - מורלי, וקרינת גוף שחור. ניסוי מייקלסון - מורלי הראה שאור אינו נע בתווך הנקרא "אתר", כפי שחשבו עד אז. קרינת גוף שחור היא קרינה שפולט גוף הבולע את כל הקרינה האלקטרומגנטית הפוגעת בו. לפי התיאוריות הקלאסיות קרינה זו אמורה הייתה להיפלט בכל האנרגיות האפשריות, דבר המוביל לפליטה של אנרגיה אינסופית.  לבעיות אלו, האמין קלווין, ימצאו פתרונות בעזרת ניסויים מדויקים יותר. בפועל, הביאו שתי בעיות אלו לפיתוחן של שתי תיאוריות שערערו את עולם הפיזיקה הקלאסי: ניסוי מייקלסון - מורלי הביא לפיתוח תורת היחסות, ובעיית קרינת הגוף השחור הביאה לפיתוח תורת הקוונטים.   

אחת הבעיות הגדולות של הפיזיקה כיום היא בעיית האיחוד בין תורת היחסות הכללית לבין תורת הקוונטים. ישנם ארבעה כוחות יסודיים (או אינטראקציות יסודיות) בטבע: (1) הכוח החלש, האחראי, בין השאר, על הפיכת נויטרון לפרוטון ולהיפך, (2) הכוח החזק, האחראי על יציבות הקוורקים בגרעין האטום (קוורקים הם חלקיקים יסודיים המרכיבים את הפרוטונים והניטרונים), (3) הכוח האלקטרומגנטי ו – (4) כוח הכבידה. תורת הקוונטים בשילוב עם תורת היחסות הפרטית מאפשרות לבנות מודל עקבי היכול לחזות תוצאות עבור התנהגות שלושת הכוחות הראשונים. מודל זה דורש שימוש בפרמטרים מסוימים של הכוחות הידועים מתוך תוצאות נסיוניות. תורת היחסות הכללית מתארת בצורה עקבית את פעולת התנהגותו של כוח הכבידה.

אחת התיאוריות (אך לא היחידה) שניסתה לאחד את תורת היחסות הכללית עם תורת הקוונטים, וגם להסביר את ארבעת הכוחות ללא צורך בפרמטרים שידועים מתוצאות ניסיוניות, נקראה תיאוריית המיתרים. לפי תיאוריה זו, שפותחה במאה העשרים, וששנויה במחלוקת בין מדענים,  כל חלקיק הוא תנודה מסוימת במיתר קטן מאד, כמו צלילים שונים המופקים ממיתר של גיטרה. כוחות (או אינטראקציות) שונים נגרמים כאשר מיתרים אלו נעים בחלל ובזמן. תיאוריה זו הסבירה את היווצרותם של חלקיקים הנקראים בוזונים. אלו הם חלקיקים בעלי ספין שלם (ספין הוא תנע זוויתי במובן קוונטי). לצורך פיתוח תיאוריה זו יש להניח שיש ליקום מימדים רבים יותר מכפי שאנו מכירים. (כידוע, אנו מכירים שלושה מימדים מרחביים ומימד זמן אחד). לאחר פיתוח תיאורית המיתרים פותחה תיאורית ה"על מיתרים", שהסבירה גם את היווצרותם של חלקיקים הקרויים פרמיונים. אלו הם חלקיקים בעלי ספין חצי שלם. בתחילה (לפני 1990) הניחו שישנן חמש תיאוריות על מיתרים שונות, ושכל אחת מהן כוללת 10 מימדים. כיום מניחים שקיימת תיאוריה אחת- תיאורית ה – "מם" (M Theory), הכוללת 11 מימדים, ושכל אחת מחמש תיאוריות העל מיתרים הקודמות היא למעשה מקרה פרטי של תיאורית ה – "מם". בין יתר החלקיקים הנוצרים על ידי התנודות של המיתרים נוצרים חלקיקים שונים שכל אחד מהם אחראי על אחד מארבעת הכוחות, וכך ניתן להסביר את תורת היחסות הכללית ואת תורת הקוונטים בעזרת תיאוריה אחת.

 

תודה מיוחדת לד"ר גלעד פרז מהמחלקה לפיזיקה של חלקיקים במכון ויצמן על הארותיו.