سٹرنگ تھیوری طبیعیات میں ایک نظریاتی فریم ورک ہے جو کوانٹم میکانکس اور عمومی اضافیت کو یہ بتا کر ہم آہنگ کرنے کی کوشش کرتا ہے کہ کائنات کے بنیادی اجزاء نقطہ نما ذرات کی بجائے ایک جہتی "سٹرنگ" ہیں۔ سٹرنگ تھیوری کے سب سے زیادہ دلچسپ پہلوؤں میں سے ایک اس کا تعارف ہے۔ اضافی مقامی طول و عرض واقف تین جہتی جگہ سے باہر. یہ اضافی جہتیں تھیوری کی ریاضیاتی مستقل مزاجی کے لیے ضروری ہیں اور حقیقت کی ہماری سمجھ کے لیے گہرے اثرات رکھتی ہیں۔
یہ مضمون اس بات کا جائزہ لیتا ہے کہ سٹرنگ تھیوری کس طرح اضافی مقامی جہتوں کو متعارف کراتی ہے، اس تصور کے تحت ریاضی اور طبیعیات کا مطالعہ کرتی ہے، اور یہ دریافت کرتی ہے کہ متبادل حقیقتوں کے امکان کے لیے ان اضافی جہتوں کا کیا مطلب ہو سکتا ہے۔ ہم اضافی جہتوں کا پتہ لگانے میں تجرباتی چیلنجوں اور ان نظریاتی پیشرفت پر بھی تبادلہ خیال کریں گے جو تحقیق کے اس دلچسپ علاقے کو تشکیل دیتے رہتے ہیں۔
سٹرنگ تھیوری کو سمجھنا
یکجہتی کی تلاش
- کوانٹم میکینکس: چھوٹے پیمانے پر ذرات کے رویے کو بیان کرتا ہے۔
- عمومی رشتہ داری: آئن سٹائن کا نظریہ کشش ثقل اور کائناتی ترازو پر اسپیس ٹائم کے گھماؤ کو بیان کرتا ہے۔
- مسئلہ: کوانٹم میکینکس اور عمومی اضافیت بنیادی طور پر کچھ نظاموں میں مطابقت نہیں رکھتے، جیسے بلیک ہولز کے اندر یا بالکل ابتدائی کائنات۔
- سٹرنگ تھیوری کا مقصد: ایک متحد فریم ورک فراہم کریں جس میں تمام بنیادی قوتیں اور ذرات شامل ہوں۔
سٹرنگ تھیوری کی بنیادی باتیں
- بنیادی اداروں کے طور پر سٹرنگز: سٹرنگ تھیوری میں، پارٹیکل فزکس کے نقطہ نما ذرات چھوٹے ہلنے والے تاروں سے بدلے جاتے ہیں۔
- وائبریشنل موڈز: کمپن کے مختلف طریقے مختلف ذرات سے مطابقت رکھتے ہیں۔
- سٹرنگز کی اقسام:
- سٹرنگز کھولیں۔: دو الگ الگ اختتامی نقطے ہوں۔
- بند سٹرنگز: مکمل لوپس بنائیں۔
- سپر ہم آہنگی: ایک اصول جو ہر بوسن (قوت لے جانے والے ذرہ) کو فرمیون (معاملہ ذرہ) کے ساتھ جوڑتا ہے۔
ریاضی کی بنیادیں
- عمل کے اصول: تاروں کے رویے کو ایک عمل سے بیان کیا جاتا ہے، جیسا کہ کلاسیکی میکانکس میں ذرات کی حرکت کو بیان کیا جاتا ہے۔
- کنفارمل فیلڈ تھیوری: دو جہتی اسپیس ٹائم میں تاروں کی خصوصیات کا تجزیہ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
- کمپیکٹیفیکیشن: کم توانائیوں پر انہیں ناقابل مشاہدہ بنانے کے لیے اضافی جہتوں کو کرلنگ کرنے کا عمل۔
اضافی مقامی جہتوں کا تعارف
تاریخی سیاق و سباق
- کالوزا کلین تھیوری: 1920 کی دہائی میں تھیوڈور کالوزا اور آسکر کلین نے پانچویں جہت کو متعارف کروا کر کشش ثقل اور برقی مقناطیسیت کو یکجا کرنے کی کوشش کی۔
- سٹرنگ تھیوری میں حیات نو: سٹرنگ تھیوری قدرتی طور پر اضافی جہتوں کو شامل کرتی ہے، جو اسپیس ٹائم کی چار جہتوں سے باہر ہوتی ہے۔
اضافی جہتیں کیوں ضروری ہیں۔
- بے ضابطگی منسوخی: سٹرنگ تھیوری میں ریاضیاتی تضادات (بے ضابطگیوں) کو اس وقت حل کیا جاتا ہے جب اضافی جہتیں شامل کی جائیں۔
- مستقل مزاجی کے تقاضے: کشش ثقل کے مستقل کوانٹم تھیوری کی ضرورت اضافی جہتوں کی ضرورت کی طرف لے جاتی ہے۔
- تنقیدی جہتیں:
- بوسونک سٹرنگ تھیوری: 26 جہتوں کی ضرورت ہے۔
- سپر اسٹرنگ تھیوری: 10 طول و عرض (9 مقامی + 1 عارضی) کی ضرورت ہے۔
- ایم تھیوری: ایک توسیع جو 11 جہتوں کی تجویز کرتی ہے۔
اضافی جہتوں کی اقسام
- کومپیکٹ طول و عرض: چھوٹے، گھماؤ والے طول و عرض جن کا پتہ لگانا مشکل ہے۔
- بڑے اضافی ابعاد: فرضی جہتیں جو بڑی ہیں لیکن اپنی منفرد خصوصیات کی وجہ سے ابھی تک ان کا پتہ نہیں چل سکا ہے۔
کمپیکٹیفیکیشن اور کیلابی یاؤ مینی فولڈز
- کمپیکٹیفیکیشن: اضافی جہتوں کو چھوٹی، کمپیکٹ شکلوں میں "کرلنگ اپ" کرنے کا عمل۔
- Calabi-Yau کئی گنا: خاص چھ جہتی شکلیں جو سپر ہم آہنگی کی ضروریات کو پورا کرتی ہیں اور حقیقت پسندانہ طبیعیات کی اجازت دیتی ہیں۔
- ماڈیولی اسپیس: اضافی جہتوں کی تمام ممکنہ اشکال اور سائز کا مجموعہ، جو ممکنہ کائناتوں کے وسیع منظرنامے کی طرف لے جاتا ہے۔
متبادل حقیقتوں کے لیے مضمرات
ملٹیورس تصور
- حل کی زمین کی تزئین کی: اضافی جہتوں کو کمپیکٹ کرنے کے بہت سے طریقے مختلف ممکنہ جسمانی قوانین کی طرف لے جاتے ہیں۔
- بشری اصول: یہ خیال کہ مشاہدہ شدہ کائنات میں وہ خصوصیات ہیں جو یہ کرتی ہیں کیونکہ وہ ہم جیسے مبصرین کے وجود کی اجازت دیتی ہیں۔
- متوازی کائناتیں۔: زمین کی تزئین میں ہر حل طبیعیات کے اپنے قوانین کے ساتھ ایک مختلف کائنات سے مطابقت رکھتا ہے۔
Braneworld کے منظرنامے۔
- ڈی برینز: سٹرنگ تھیوری کے اندر وہ آبجیکٹ جن پر کھلی تاریں ختم ہو سکتی ہیں۔
- ہماری کائنات بطور برین: یہ تجویز کرتا ہے کہ ہماری قابل مشاہدہ کائنات ایک تین جہتی برین ہے جو ایک اعلیٰ جہتی خلا میں سرایت کرتی ہے۔
- دیگر Branes کے ساتھ تعامل: ممکنہ تصادم یا دوسرے برینز کے ساتھ تعامل کے کائناتی نتائج ہو سکتے ہیں۔
اضافی طول و عرض اور کشش ثقل
- درجہ بندی کا مسئلہ: یہ سوال کہ کشش ثقل دیگر بنیادی قوتوں کے مقابلے میں اتنی کمزور کیوں ہے؟
- بڑے اضافی طول و عرض (ADD ماڈل):
- Arkani-Hamed، Dimopoulos، اور Dvali کی طرف سے تجویز کردہ۔
- تجویز کرتا ہے کہ کشش ثقل اضافی جہتوں کے ذریعے پھیلتی ہے، اس کی ظاہری طاقت کو کم کرتی ہے۔
- وارپڈ ایکسٹرا ڈائمینشنز (RS ماڈل):
- رینڈل اور سنڈرم کے ذریعہ تجویز کردہ۔
- ایک متزلزل جیومیٹری متعارف کروائی جو کشش ثقل کی کمزوری کی وضاحت کرتی ہے۔
اضافی جہتوں کے لیے تجرباتی تلاشیں۔
پارٹیکل ایکسلریٹر
- لارج ہیڈرون کولائیڈر (LHC):
- اعلی توانائی کے تصادم کے ذریعے اضافی جہتوں کے دستخط تلاش کرتا ہے۔
- کالوزا کلین ذرات یا منی بلیک ہولز کا ممکنہ پتہ لگانا۔
کشش ثقل کے تجربات
- مختصر رینج کشش ثقل کے ٹیسٹ:
- نیوٹنین کشش ثقل سے انحراف کا پتہ لگانے کے لیے ذیلی ملی میٹر کے پیمانے پر کشش ثقل کی پیمائش کرنے کے تجربات۔
- مثالوں میں ٹورسن بیلنس کے تجربات شامل ہیں۔
فلکیاتی مشاہدات
- کاسمک مائکروویو پس منظر (CMB):
- درست پیمائش ابتدائی کائنات کی طبیعیات پر اضافی جہتوں کے اثرات کو ظاہر کر سکتی ہے۔
- کشش ثقل کی لہریں۔:
- مشاہدات اضافی جہتی مظاہر کی نشاندہی کرنے والے دستخطوں کا پتہ لگاسکتے ہیں۔
چیلنجز
- توانائی کے پیمانے: موجودہ تکنیکی صلاحیتوں سے باہر توانائی کے پیمانے پر اضافی جہتیں ظاہر ہو سکتی ہیں۔
- پس منظر کا شور: معیاری طبیعیات سے اضافی جہتوں کے سگنلز کو ممتاز کرنے کے لیے اعلیٰ درستگی کی ضرورت ہوتی ہے۔
ریاضی کی تشکیل
سٹرنگ ایکشن اور حرکت کی مساوات
- پولیاکوف ایکشن: سپیس ٹائم کے ذریعے پھیلنے والی تار کی حرکیات کو بیان کرتا ہے۔
- ورلڈ شیٹ: اسپیس ٹائم میں ایک تار کے ذریعہ دو جہتی سطح کا پتہ لگایا گیا ہے۔
- Conformal Invariance: ایک ہم آہنگی جو سٹرنگ تھیوری میں اسپیس ٹائم کی جہت کو محدود کرتی ہے۔
سپر سمیٹری اور سپر اسٹرنگ تھیوری
- سپر سیمیٹرک پارٹنرز: ہر ذرہ کا ایک سپر پارٹنر ہوتا ہے جس میں اسپن کے مختلف اعدادوشمار ہوتے ہیں۔
- سپر اسٹرنگ تھیوریز کی اقسام:
- ٹائپ I، ٹائپ IIA، ٹائپ IIB، Heterotic SO(32)، اور Heterotic E8×E8۔
- دوہری باتیں: ریاضیاتی رشتے جو مختلف سٹرنگ تھیوریز کو جوڑتے ہیں، یہ تجویز کرتے ہیں کہ وہ ایک بنیادی نظریہ کی مختلف حدود ہیں۔
ایم تھیوری اور گیارہ ڈائمینشنز
- سٹرنگ تھیوریز کا اتحاد: ایم تھیوری تجویز کرتی ہے کہ پانچوں سپر اسٹرنگ تھیوری ایک گیارہ جہتی تھیوری کے پہلو ہیں۔
- جھلیوں (M2-branes) اور پانچ-branes (M5-branes): تاروں کے اعلیٰ جہتی اینالاگ۔
فلسفیانہ اور نظریاتی اثرات
حقیقت کی نوعیت
- جہتی ادراک: اضافی جہتوں کو سمجھنے میں ہماری ناکامی حقیقت کی ہماری سمجھ کو چیلنج کرتی ہے۔
- ریاضیاتی حقیقت: یہ خیال کہ ریاضیاتی ڈھانچے کا جسمانی وجود ہو سکتا ہے۔
متبادل حقیقتیں اور کائناتیں۔
- بہت سی دنیا کی تشریح: کوانٹم میکانکس میں، ہر ممکنہ نتیجہ ایک وسیع ملٹیورس میں موجود ہے۔
- سٹرنگ لینڈ سکیپ: ممکنہ ویکیوم سٹیٹس کی بہت زیادہ تعداد ممکنہ کائناتوں کی ایک بڑی تعداد کی طرف لے جاتی ہے۔
تنقید اور تنازعات
- تجرباتی ثبوت کی کمی: اسٹرنگ تھیوری کو قابل آزمائش پیشین گوئیوں کی کمی کی وجہ سے تنقید کا نشانہ بنایا گیا ہے۔
- Falsifiability: اس بات پر بحثیں کہ آیا سٹرنگ تھیوری پوپیرین کے معیار کے تحت سائنسی نظریہ کے طور پر اہل ہے۔
- انتھروپک ریزننگ: طبیعیات دانوں کے درمیان بشری اصول پر انحصار متنازعہ ہے۔
مستقبل کی سمت
ریاضی کی تکنیکوں میں پیشرفت
- غیر پریشان کن طریقے: AdS/CFT خط و کتابت جیسی تکنیکیں مضبوط جوڑے کے نظام کے بارے میں بصیرت فراہم کرتی ہیں۔
- ٹاپولوجیکل سٹرنگ تھیوری: ٹاپولوجی اور جیومیٹری سے متعلق سٹرنگ تھیوری کے پہلوؤں کا مطالعہ کرتا ہے۔
تکنیکی ترقیات
- اگلی نسل کے کولائیڈرز: زیادہ طاقتور پارٹیکل ایکسلریٹر کے لیے تجاویز۔
- خلائی پر مبنی رصد گاہیں۔: کشش ثقل کی لہروں اور کائناتی مظاہر کا پتہ لگانے کے لیے بہتر صلاحیتیں۔
دیگر نظریات کے ساتھ انضمام
- لوپ کوانٹم گریویٹی: کوانٹم گریویٹی کے لیے ایک متبادل نقطہ نظر جو بصیرت پیش کر سکتا ہے۔
- کوانٹم انفارمیشن تھیوری: بلیک ہولز میں entanglement entropy جیسے تصورات سٹرنگ تھیوری سے جڑ سکتے ہیں۔
سٹرنگ تھیوری کا اضافی مقامی جہتوں کا تعارف ایک جرات مندانہ اور ریاضیاتی طور پر بھرپور فریم ورک پیش کرتا ہے جو ممکنہ طور پر تمام بنیادی قوتوں اور ذرات کو متحد کر سکتا ہے۔ اگرچہ تجرباتی طور پر ان جہتوں کا وجود غیر مصدقہ ہے، متبادل حقائق اور کائنات کی بنیادی نوعیت پر ان کے اثرات گہرے ہیں۔ یہ تصور ہمارے تصورات کو چیلنج کرتا ہے، متعدد کائناتوں کے لیے امکانات کو کھولتا ہے، اور نظریاتی تحقیق کے لیے زرخیز زمین فراہم کرتا ہے۔
سٹرنگ تھیوری اور متعلقہ شعبوں میں مسلسل تحقیق بالآخر یہ ظاہر کر سکتی ہے کہ آیا یہ اضافی جہتیں حقیقت کا بنیادی پہلو ہیں یا ایک ریاضیاتی نمونہ۔ جیسے جیسے ٹیکنالوجی ترقی کرتی ہے اور ہماری سمجھ گہری ہوتی جاتی ہے، ہم کائنات کے اسرار اور اس کے اندر اپنے مقام کو کھولنے کے قریب تر ہوتے جاتے ہیں۔
حوالہ جات
- Green, MB, Schwarz, JH, & Witten, E. (1987)۔ سپر اسٹرنگ تھیوری (جلد 1 اور 2)۔ کیمبرج یونیورسٹی پریس۔
- پولچنسکی، جے. (1998)۔ سٹرنگ تھیوری (جلد 1 اور 2)۔ کیمبرج یونیورسٹی پریس۔
- زویباچ، بی. (2009)۔ سٹرنگ تھیوری کا پہلا کورس (دوسرا ایڈیشن)۔ کیمبرج یونیورسٹی پریس۔
- کاکو، ایم. (1999)۔ سپر اسٹرنگس اور ایم تھیوری کا تعارف (دوسرا ایڈیشن)۔ اسپرنگر۔
- Becker, K., Becker, M., & Schwarz, JH (2007)۔ سٹرنگ تھیوری اور ایم تھیوری: ایک جدید تعارف. کیمبرج یونیورسٹی پریس۔
- Arkani-Hamed, N., Dimopoulos, S., & Dvali, G. (1998)۔ ایک ملی میٹر میں درجہ بندی کا مسئلہ اور نئی جہتیں۔ طبیعیات کے خطوط B، 429(3-4)، 263–272۔
- رینڈل، ایل، اینڈ سنڈرم، آر۔ (1999)۔ ایک چھوٹے اضافی جہت سے بڑے پیمانے پر درجہ بندی۔ جسمانی جائزہ کے خطوط، 83(17)، 3370–3373۔
- گرین، بی. (1999)۔ دی ایلیگینٹ کائنات: سپر اسٹرنگز، پوشیدہ جہتیں، اور حتمی نظریہ کی تلاش. ڈبلیو ڈبلیو نورٹن اینڈ کمپنی۔
- سسکینڈ، ایل. (2003)۔ سٹرنگ تھیوری کا انتھروپک لینڈ سکیپ۔ arXiv preprint hep-th/0302219.
- مالداسینا، جے. (1998)۔ سپر کنفارمل فیلڈ تھیوریز اور سپر گریوٹی کی بڑی N حد۔ نظریاتی اور ریاضیاتی طبیعیات میں پیشرفت، 2(2)، 231–252۔
- گبسر، ایس ایس، کلیبانوف، آئی آر، اور پولیاکوف، اے ایم (1998)۔ نان کریٹیکل سٹرنگ تھیوری سے گیج تھیوری کوریلیٹرس۔ طبیعیات کے خطوط B، 428(1-2)، 105–114۔
- وٹین، ای. (1998)۔ اینٹی ڈی سیٹر اسپیس اور ہولوگرافی۔ نظریاتی اور ریاضیاتی طبیعیات میں پیشرفت، 2(2)، 253–291۔
- ہیڈرک، ایم. (2018)۔ سٹرنگ تھیوری پر لیکچرز۔ arXiv preprint arXiv:1802.04293.
- ہوراوا، پی، اور وٹن، ای۔ (1996)۔ گیارہ جہتوں سے ہیٹروٹک اور ٹائپ I سٹرنگ ڈائنامکس۔ نیوکلیئر فزکس B، 460(3)، 506–524۔
- مجموعی، DJ (1985)۔ سپر اسٹرنگس اور یونیفیکیشن۔ سائنس، 228(4698)، 1253–1258۔
- Giddings, SB, & Thomas, S. (2002)۔ بلیک ہول فیکٹریوں کے طور پر ہائی انرجی کولائیڈرز: مختصر فاصلے کی طبیعیات کا خاتمہ۔ جسمانی جائزہ D، 65(5)، 056010۔
- Douglas, MR, & Kachru, S. (2007)۔ فلوکس کمپیکٹیفیکیشن۔ جدید طبیعیات کا جائزہ، 79(2)، 733–796۔
- Candelas, P., Horowitz, GT, Strominger, A., & Witten, E. (1985)۔ سپر سٹرنگز کے لیے ویکیوم کنفیگریشنز۔ نیوکلیئر فزکس B، 258(1)، 46–74۔
- ڈائن، ایم. (2007)۔ سپر سمیٹری اور سٹرنگ تھیوری: معیاری ماڈل سے آگے. کیمبرج یونیورسٹی پریس۔
- بیلن، ڈی، اور محبت، اے. (1994)۔ سپر سیمیٹرک گیج فیلڈ تھیوری اور سٹرنگ تھیوری. سی آر سی پریس۔
- تعارف: نظریاتی فریم ورک اور متبادل حقیقتوں کے فلسفے
- متعدد نظریات: اقسام اور مضمرات
- کوانٹم میکینکس اور متوازی دنیا
- سٹرنگ تھیوری اور ایکسٹرا ڈائمینشنز
- نقلی مفروضہ
- شعور اور حقیقت: فلسفیانہ تناظر
- حقیقت کی بنیاد کے طور پر ریاضی
- ٹائم ٹریول اور متبادل ٹائم لائنز
- انسان بحیثیت روح کائنات کو تیار کرتے ہیں۔
- انسان بطور روح زمین پر پھنسے ہوئے: ایک مابعد الطبیعاتی ڈسٹوپیا
- متبادل تاریخ: آرکیٹیکٹس کی بازگشت
- ہولوگرافک کائنات تھیوری
- حقیقت کی اصل کے کائناتی نظریات