בפוסטים הקודמים סקרנו את עקרונות תורת המיתרים. התאוריה שהחלה כמודל שנועד לתאר את הכוח החזק והתפתחה בשנות ה-70 לתורה של כבידה קוונטית, תורה השואפת לאחד את כל הכוחות והחלקיקים.
בקטנה: התורה כוללת מיתרים פתוחים וסגורים. תנודות המיתרים הסגורים יוצרות את הכוח הגרביטציוני ותנודות המיתרים הפתוחים את שאר הכוחות. בנוסף, התגלה באמצע שנות ה-90 שתורת המיתרים כוללת גם אובייקטים אחרים שאינם מיתרים, למשל ממברנות. בפרק זה נסקור את ההתפתחות המרשימה ביותר בתורת המיתרים: ה-״הולוגרפיה״.
בשנת 1998, הציע צעיר מבריק בשם חואן מלדסנה [1] רעיון מהפכני; תורת המיתרים עשויה לשמש כתורה של הכוח החזק עבור עולמנו הארבעה-מימדי, אם רק נשכיל להבין כיצד להשתמש בעשרת המימדים של תורת הסופר-מיתר. מלדסנה הציע, אפוא, להחיות את הרעיון של ונציאנו – להשתמש בתורת המיתרים בכדי לתאר את תופעות הטבע הנגזרות מהכוח החזק.
נקודת המוצא של מלדסנה היא שלמרות שעולמנו הוא ארבעה-מימדי, עלינו להשתמש בעשרת המימדים של תורת הסופר-מיתר בכדי לתארו. הכיצד?
נתחיל באנלוגיה פשוטה, הדומה למשל המערה של אפלטון [2]. נניח כדור גדול חלול שבמרכזו נורה. הבה נדמיין שקיימים מספר פרפרים החגים סביב הנורה ושהצללים שלהם מוטלים על פני שפת הכדור. נניח גם שאנו צופים החיים על שפת הכדור ומוגבלים לחזות בכל רגע ורגע בנעשה על-פני שפת הכדור. אילו נדע את הנעשה על שפת הכדור במדויק, נוכל לנסות לשחזר את תנועת הפרפרים בתוך הכדור. כמובן שלשחזר את תנועת הפרפרים בעזרת הצללים זה דבר מסובך מאוד.
כעת, לרעיון של מלדסנה, אותו אנו מכנים ״הולוגרפיה״; היקום הארבעה-מימדי בו אנו חיים ואותו אנו חווים מצוי על פני שפת מרחב חמישה-מימדי. תורת הסופר-מיתר העשרה-מימדית כוללת את חמשת המימדים הללו ועוד חמישה מימדים נוספים שאינם חשובים לצורך הדיון הנוכחי. את הנעשה בעולמנו הארבעה-מימדי, בדומה לצללים על שפת הכדור באנלוגיה שהוזכרה, אפשר לתאר בעזרת תנועת המיתרים שמתרחשת במרחב בעל חמשת המימדים, בדומה לתנועת הפרפרים בתוך הכדור באנלוגיה שהוזכרה.
מלדסנה הראה, שכפי שבאנלוגיה עם הפרפרים (וכפי שלימד אותנו אפלטון במשל המערה), התיאור בתוך הכדור פשוט יותר, כך גם התיאור באמצעות מיתרים הנעים ומתנודדים במרחב החמישה מימדי הוא פשוט יותר. הבעיות הסבוכות ביותר בתורת הכוח החזק (״כרומודינמיקה קוונטית״) נעשות בעיות שפתרונן דומה לפתרון בעיות במכניקה קלאסית.
בכדי להיות קונקרטיים, נספק דוגמה: אחת הבעיות המרכזיות שמעסיקות פיזיקאים תאורטיים העוסקים בכוח החזק היא בעיית ״כליאת הקוורקים״. בעולמנו, אנחנו לא צופים בקוורקים חופשיים אלא בחלקיקים מורכבים יותר, כגון המזונים שהוזכרו בפרק הראשון. המזונים כולאים בתוכם זוג של קוורק ואנטי-קוורק. בעיית הכליאה היא מציאת המענה לשאלה מדוע הקוורקים כלואים בתוך המזונים?
התיאור של מזונים באמצעות מיתרים פתוחים פותר את בעיית הכליאה. הזוג של קוורק ואנטי-קוורק קשור באמצעות מיתר. על פי ה-״הולוגרפיה״, המיתר הפתוח שבקצותיו הקוורקים, איננו מתקיים בעולמנו הארבעה-מימדי, אלא בתוך המרחב החמישה-מימדי. אנו צופים רק בקצות המיתר, שם נמצאים הקוורקים. כאשר מחשבים את צורת המיתר ואת המסה שלו, מתברר שלא ניתן למתוח אותו לעד, מאחר ומסת המיתר פרופורציונית לאורכו. בעיית הכליאה נפתרת, אפוא, בעזרת ההבנה שמיתר בעל מסה סופית הוא גם בעל אורך סופי ולפיכך אי-אפשר להרחיק קוורקים זה מזה עד אינסוף.
לסיכום, התיאור ההולוגרפי, בו אנו חיים על שפת מרחב חמישה-מימדי, הביא לתובנות רבות לגבי הכוח החזק. הולוגרפיה היא ההתפתחות החשובה ביותר בפיזיקה התאורטית בעשרים השנים האחרונות. יש לה שימושים רבים בענפים נוספים של הפיזיקה, בפרט בקוסמולוגיה, במכניקה סטטיסטית ותורת האינפורמציה ובפיזיקה של חומר מעובה.
הפוסט הבא והאחרון יעסוק בבעיות הפתוחות והאתגרים המעסיקים את הפיזיקאים של תורת המיתרים.

<< לפוסט הקודם   לפוסט הבא >>

עריכה לשונית: לנה קלמיקוב