ทฤษฎีสตริงอาจให้เบาะแสที่ดีที่สุดเกี่ยวกับ
การได้มาซึ่งทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวที่อธิบายกฎธรรมชาติทั้งหมด แต่เราเข้าใจหรือไม่ว่าทฤษฎีสตริงคืออะไร
อัลเบิร์ตเว็บสล็อต ไอน์สไตน์ อุทิศส่วนหลังของชีวิตอย่างมีชื่อเสียงในการแสวงหาทฤษฎีที่จะเสนอคำอธิบายที่ครอบคลุมเกี่ยวกับกฎแห่งธรรมชาติ อย่างน้อยก็ในหลักการ ไอน์สไตน์เชื่อว่า ‘ทฤษฎีสนามรวมเป็นหนึ่ง’ จะทำให้กฎของธรรมชาติทั้งหมดมีความงามของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ในท้ายที่สุด ไอน์สไตน์ได้ให้แรงบันดาลใจมากมายแก่เรา แต่มีแนวคิดไม่มากเกี่ยวกับวิธีดำเนินการต่อไป
อันที่จริง มีเหตุผลมากมายที่เราอาจสงสัยว่าวิสัยทัศน์ของไอน์สไตน์นั้นทำได้จริงหรืออย่างน้อยก็สามารถทำได้ในอนาคตอันใกล้ เบาะแสสำคัญอาจอยู่ไกลเกินเอื้อม เมื่อมองย้อนกลับไปที่งานของไอน์สไตน์ นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่จะกล่าวว่าเบาะแสที่สำคัญที่สุดจำนวนมากสำหรับทฤษฎีสนามแบบรวมศูนย์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบรุนแรงและแบบอ่อน บทบาทของทฤษฎีเกจ และโลกของอนุภาคมูลฐาน ล้วนแต่ไม่เป็นที่รู้จักในหนังสือของไอน์สไตน์ วัน.
ยิ่งไปกว่านั้น แม้ว่าเราจะสามารถค้นหาทฤษฎีสนามแบบรวมศูนย์ได้ แต่ก็ไม่ชัดเจนเลยว่าเราจะสามารถระบุได้ว่ามันถูกต้องหรือไม่ จากการรวมกันของค่าคงที่พลังค์ ความเร็วแสง และค่าคงตัวโน้มถ่วงของนิวตันอย่างง่าย เราสามารถสร้างหน่วยความยาวตามธรรมชาติได้ นั่นคือความยาวพลังค์ นิยามแรกโดย Max Planck เมื่อหนึ่งศตวรรษก่อน ความยาวนี้เล็กมากจนน่าประหลาดว่าถ้ามันหรือสิ่งที่ใกล้เคียงกัน เป็นพื้นฐานในฟิสิกส์ ปรากฏการณ์ที่สำคัญที่สุดบางอย่างอาจอยู่นอกเหนือการทดลองของเราอย่างถาวร
ฉันจำได้อย่างชัดเจนว่าฉันประทับใจในปี 1981 เมื่อนักทดลองที่มีชื่อเสียง นอร์มัน แรมซีย์ (ซึ่งต่อมาได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานของเขาเกี่ยวกับเรโซแนนซ์แม่เหล็ก) คาดการณ์ว่าภายใน 50 ปีจะมีโครงร่างที่ชัดเจนของทฤษฎีสนามแบบรวมศูนย์ “ด้วยทั้งหมด พลังที่เข้ากันได้แม้ว่าจะไม่สมบูรณ์ก็ตาม” แน่นอนฉันไม่เห็นวิธีที่เป็นประโยชน์ใด ๆ ในการทำงานกับสิ่งนั้น และสงสัยว่าฉันจะได้เห็นมัน
ในขณะเดียวกัน ฉันก็รู้แค่เพียงคร่าวๆ ว่างานที่ทำโดย Michael Green, John Schwarz, Lars Brink และงานอื่นๆ ที่ Michael Green กำลังทำเพื่อรื้อฟื้นทฤษฎีสตริง เดิมทีเป็นผู้สมัคร ‘ทฤษฎีแรงนิวเคลียร์’ ทฤษฎีสตริงได้รับการพัฒนาและยกเลิกไปเมื่อสิบปีก่อน การฟื้นฟูได้รับแรงบันดาลใจจากความหวังว่าจะเป็นพื้นฐานสำหรับทฤษฎีภาคสนามที่เป็นหนึ่งเดียว
ประมาณปี 1982 หรือ 1983 ฉันเริ่มสังเกตเห็นงานนี้
ซึ่งได้ก้าวมาถึงจุดที่เป็นไปได้ที่จะสร้างทฤษฎีที่น่าเชื่อถือพอสมควรเกี่ยวกับความโน้มถ่วงควอนตัมที่รวมเป็นหนึ่งกับสสาร อย่างไรก็ตาม มีสิ่งที่ดูเหมือนเป็นข้อบกพร่องที่เห็นได้ชัด ทฤษฎีสตริงดูเหมือนจะไม่เข้ากันกับ ‘การละเมิดความเท่าเทียมกัน’ ในการโต้ตอบที่อ่อนแอ (เช่นการสลายตัวของนิวเคลียสเบต้า) การละเมิดความเท่าเทียมกัน – ความจริงที่ว่ากฎของธรรมชาติไม่คงที่ภายใต้การสะท้อนของกระจก – เป็นหนึ่งในการค้นพบที่สำคัญที่สุดเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐาน
ในปี 1984 ข้อบกพร่องนี้ได้รับการแก้ไขอย่างกะทันหันเมื่อ Green และ Schwarz ค้นพบกลไกใหม่ที่สง่างามของ ‘การยกเลิกความผิดปกติ’ ปฏิกิริยาที่อ่อนแอไม่เพียงแต่จะละเมิดความเท่าเทียมกันเท่านั้น แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากการประดิษฐ์สตริงที่ต่างกัน ในไม่ช้าก็เป็นไปได้ที่จะได้รับแบบจำลองกึ่งสมจริงของอนุภาคมูลฐานที่มีแรงที่รู้จักทั้งหมด รวมทั้งแรงโน้มถ่วงด้วย ณ จุดนี้ มันดูสมเหตุสมผลจริงๆ ที่จะทำงานกับทฤษฎีสนามแบบรวมศูนย์
ฉันคิดว่ามีเหตุผลพื้นฐานสามประการที่ทำให้ทฤษฎีสตริงได้รับความสนใจอย่างมากในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา หนึ่งคือมันอยู่ที่นั่น ทฤษฎีสตริงเป็นลักษณะทั่วไปที่รู้จักเพียงอย่างเดียวของทฤษฎีสนามควอนตัมสัมพัทธภาพซึ่งสมเหตุสมผล กรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษบวกกลศาสตร์ควอนตัมนั้นเข้มงวดมากจนบังคับทฤษฎีสนามควอนตัมมาบังคับเราได้ ความรัดกุมของกรอบการทำงานที่ทันสมัยเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่นักฟิสิกส์สามารถค้นพบสิ่งที่กลายเป็นแบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐาน แนวคิดใหญ่ๆ เช่น การวางนัยทั่วไปที่สอดคล้องกันของทฤษฎีสนามควอนตัมมีให้เห็นเป็นระยะๆ ดังนั้นเราจึงมีหน้าที่ที่จะต้องดำเนินการอย่างจริงจัง
เหตุผลที่สองเกี่ยวข้องกับสิ่งที่นักฟิสิกส์ได้เรียนรู้ในการพัฒนาทฤษฎีสตริง ทฤษฎีสตริงบังคับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ในขณะที่ทฤษฎีสนามควอนตัมมาตรฐานทำให้ไม่สามารถรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้ และทฤษฎีสตริงนำไปสู่วิธีง่ายๆ อย่างน่าทึ่งในการร่างฟิสิกส์อนุภาคคร่าวๆ ที่สมเหตุสมผลซึ่งรวมเป็นหนึ่งเดียวกับแรงโน้มถ่วง
และในที่สุด ทฤษฎีสตริงได้พิสูจน์แล้วว่าร่ำรวยอย่างน่าทึ่ง มากกว่าที่แม้แต่ผู้ที่ชื่นชอบมักจะตระหนัก ได้นำไปสู่การเจาะลึกในหัวข้อต่างๆ ตั้งแต่การกักขังควาร์กไปจนถึงกลศาสตร์ควอนตัมของหลุมดำ ไปจนถึงปัญหามากมายในเรขาคณิตล้วน ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่าทฤษฎีสตริงอยู่ในเส้นทางที่ถูกต้อง ไม่อย่างนั้นทำไมมันถึงสร้างความคิดที่ไม่คาดคิดมากมาย? และในกรณีที่นักวิจารณ์มีความคิดที่ดี พวกเขามักจะถูกซึมซับโดยเป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีสตริง ไม่ว่าจะเป็นเอนโทรปีของหลุมดำ หลักการโฮโลแกรมของแรงโน้มถ่วงควอนตัม เรขาคณิตที่ไม่เปลี่ยนรูป หรือทฤษฎีบิดเบี้ยว
แต่ทฤษฎีสตริงคืออะไร? อาจเป็นวิธีเดียวที่จะกระทบยอดกลไกแรงโน้มถ่วงและควอนตัม แต่แนวคิดหลักเบื้องหลังคืออะไร ไอน์สไตน์เข้าใจแนวคิดหลักของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเมื่อหลายปีก่อนที่เขาจะได้พัฒนาสมการแบบละเอียด ในทางตรงข้าม ทฤษฎีสตริงถูกค้นพบเป็นส่วนๆ ในช่วงเวลาที่ยืดเยื้อมาเกือบสี่ทศวรรษ โดยไม่มีใครเข้าใจจริงๆ ว่าเบื้องหลังคืออะไร ผลก็คือ ทุก ๆ บิตที่ค้นพบมานั้นต้องประหลาดใจ เรายังไม่รู้ว่าแนวคิดเหล่านี้มาจากไหน หรือมุ่งไปที่ใด
วันหนึ่งเราอาจเข้าใจว่าทฤษฎีสตริงคืออะไร แต่ถึงแม้เราจะทำเช่นนั้น และทฤษฎีอยู่ในเส้นทางที่ถูกต้อง เราจะสามารถเรียนรู้วิธีการทำงานของมันในธรรมชาติได้หรือไม่? ฉันหวังอย่างนั้นอย่างแน่นอน ในความเป็นจริง ทุกอย่างขึ้นอยู่กับสิ่งที่ไม่รู้มากมาย รวมถึงธรรมชาติของคำตอบ เราจะฉลาดแค่ไหน และเบาะแสที่เราจะได้จากการทดลองเว็บสล็อต
