ما حجم وتر؟

في نظرية الأوتار، الوتر لبنة أساسية مقترحة في بناء الطبيعة: خيط ضئيل له طول وليس له عرض. الأوتار افتراضية، ولم تكشف أي تجربة وترًا واحدًا، ولذلك فإن القيمة المعروضة أعلاه، وهي 9.3 × 10⁻³⁶ متر، ليست قياسًا. هذا الرقم هو 9.3 مقسومًا على 1 يليه 36 صفرًا. ونظرية الأوتار نفسها لا تحدد بدقة طول الوتر.

الحجم

تفترض نظرية الأوتار أن أصغر مكونات المادة ليست نقاطًا بل حلقات وترية ضئيلة. ويتوقف حجم الوتر على كمية تسمى طول الوتر. وتترك النظرية قيمتها مفتوحة. فهذه القيمة تتوقف على مجهولات أخرى، مثل شدة تفاعل الأوتار فيما بينها وحجم الأبعاد الإضافية التي تتطلبها النظرية.

يفترض الفيزيائيون عادةً طولًا للوتر لا يتجاوز بكثير طول بلانك، وهو 1.6 × 10⁻³⁵ متر، أي المقياس الذي يُتوقع أن تصبح عنده التأثيرات الكمومية للجاذبية مهمة. وفي أكثر صيغ النظرية فهمًا لدى الفيزيائيين، يكون الوتر أطول من طول بلانك. أما القيمة المعروضة أعلاه فتزيد قليلًا على نصف طول بلانك.

وفي نظرية الأوتار يعمل طول الوتر أيضًا، تقريبًا، بمثابة أصغر مسافة. فلا يستطيع الوتر استكشاف أي شيء أقصر منه، لأن الوتر نفسه يصبح ضبابيًا عند ذلك المقياس.

مقارنات الحجم

لو وُضع نحو 100 مليار مليار (10²⁰) وتر، طول كل منها يساوي طول بلانك، واحدًا تلو الآخر لامتدّت على عرض بروتون، وهو نحو 1.7 فمتومتر. والفمتومتر يساوي 10⁻¹⁵ متر، وطول بلانك هو الجسم الأكبر مباشرةً في المستكشف.
لو جرى تكبير وتر طوله يساوي طول بلانك إلى عرض شعرة الإنسان، أي نحو 0.1 مليمتر، لبلغ عرض البروتون نحو سنة ضوئية. السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة.
وجدت تجارب في مصادم الجسيمات هيرا أن عرض الكواركات يقل عن 8.6 × 10⁻¹⁹ متر. ولا يزال هذا الحد يبلغ نحو 50 مليون مليار (5 × 10¹⁶) ضعف طول بلانك.

ما يمكن أن تفسره الأوتار

في نظرية الأوتار، كل نوع من الجسيمات وتر يهتز بطريقته الخاصة، ولكل نوع تردد خاص به. بدأت النظرية محاولةً لوصف كيفية تفاعل جسيمات مثل البروتونات. ثم تطورت إلى محاولة لوصف جميع الجسيمات والقوى في نظرية واحدة.

الجاذبية ليست أمرًا اختياريًا في نظرية الأوتار، فالنظرية تتطلبها. ويدرس كثير من الفيزيائيين نظرية الأوتار بوصفها نظرية محتملة للجاذبية الكمومية، أي نظرية تجمع الجاذبية بميكانيكا الكم. وتتطلب النظرية أيضًا ستة أو سبعة أبعاد إضافية للمكان فوق الأبعاد الثلاثة التي رُصدت.

سبب عدم اختبار الأوتار

نظرية الأوتار تخمينية. لا يوجد دليل تجريبي على أنها تصف العالم الحقيقي، ولا تقدم النظرية حتى الآن تنبؤًا واحدًا محددًا يمكن للتجارب التحقق منه. وفي التصور الذي جرى تطويره نحو عام 1980، تكون الأبعاد الإضافية ملتفّة عند مقياس بلانك تقريبًا، وهي أصغر من أن تُختبر في المستقبل القريب.

تضع بعض الصيغ الأوتار في متناول مصادم الهدرونات الكبير، أكبر مسرّع للجسيمات في العالم وأقواه. وقد بحث المصادم عن جسيمات ثقيلة تكون أوتارًا مهتزة. وفي مراجعة مجموعة بيانات الجسيمات لعام 2025، كان المصادم قد استبعد وجود جسيمات كهذه تقل كتلتها عن نحو 8,400 ضعف كتلة البروتون.