According to this theory, before the Big Bang, our cosmos was actually a perfect ten-dimensional universe, a world where interdimensional travel was possible. However, this ten-dimensional universe "cracked" in two, creating two separate universes: a four- and a six- dimensional universe. The universe in which we live was born in that cosmic cataclysm. Our four-dimensional universe expanded explosively, while our twin six-dimensional universe contracted violently, until it shrank to almost infinitesimal size. This would explain the origin of the Big Bang. If correct, this theory demonstrates that the rapid expansion of the universe was just a rather minor aftershock of a much greater cataclysmic event, the cracking of space and time itself. The energy that drives the observed expansion of the universe is then found in the collapse of ten-dimensional space and time. According to this theory, the distant stars and galaxies are receding from us at astronomical speeds because of the original collapse of ten-dimensional space and time.

لینک دانلـــــود

لینک دانلــود

لینک دانلـــود

لینک دانلــــود

Think of a guitar string that has been tuned by stretching the string under tension across the guitar. Depending on how the string is plucked and how much tension is in the string, different musical notes will be created by the string. These musical notes could be said to be excitation modes of that guitar string under tension.
In a similar manner, in string theory, the elementary particles we observe in particle accelerators could be thought of as the "musical notes" or excitation modes of elementary strings.

Introduction:

You have probably heard people refer to the fourth dimension before but maybe you weren't sure what they mean by it. Well, first let’s remember that we live in 3 dimensional spaces. How do we know? - We have three directions of free movement:

1.) Left/Right
2.) Back/Forth
3.) Up/Down

Because we have three possible directions, it will take three values to describe the position of any point (x,y,z). In two dimensions, we only need two points: (x,y). In three dimensions, I could tell you to go forward 8 feet, right 12 feet, and then you reach a rope. Climb up the rope 6 feet. Notice that each of these three directions is perpendicular to each other... That means that any of the directions is its own and not combined of any of the other directions. That means I can go forward or backward all I want but I won't be going left or right, nor up or down. So if we were to consider a fourth dimension (x,y,z,t), it would have to be a new perpendicular direction in addition to the three directions we have free movement in.

Ever since 1887, when Norwegian mathematician Sophus Lie discovered the mathematical group called E8, researchers have been trying to understand the extraordinarily complex object described by a numerical matrix of more than 400,000 rows and columns.

Now, an international team of experts using powerful computers and programming techniques has mapped E8--a feat numerically akin to the mapping of the human genome--allowing for breakthroughs in a wide range of problems in geometry, number theory and the physics of string theory.

'Although mapping the human genome was of fundamental importance in biology, it doesn't instantly give you a miracle drug or a cure for cancer' said mathematician Jeffrey Adams, project leader and mathematics professor at the University of Maryland. 'This research is similar: it is critical basic research, but its implications may not become known for many years.'

Team member David Vogan, a professor of mathematics at the Massachusetts Institute of Technology (MIT), presented the findings today at MIT.

The effort to map E8 is part of a larger project to map out all of the Lie groups--mathematical descriptions of symmetry for continuous objects like cones, spheres and their higher-dimensional counterparts. Many of the groups are well understood; E8 is the most complex.

The project is funded by the National Science Foundation (NSF) through the American Institute of Mathematics.

It is fairly easy to understand the symmetry of a square, for example. The group has only two components, the mirror images across the diagonals and the mirror images that result when the square is cut in half midway through any of its sides. The symmetries form a group with only those 2 degrees of freedom, or dimensions, as members.

A continuous symmetrical object like a sphere is 2-dimensional on its surface, for it takes only two coordinates (latitude and longitude on the Earth) to define a location. But in space, it can be rotated about three axes (an x-axis, y-axis and z-axis), so the symmetry group has three dimensions.

In that context, E8 strains the imagination. The symmetries represent a 57-dimensional solid (it would take 57 coordinates to define a location), and the group of symmetries has a whopping 248 dimensions.

Because of its size and complexity, the E8 calculation ultimately took about 77 hours on the supercomputer Sage and created a file 60 gigabytes in size. For comparison, the human genome is less than a gigabyte in size. In fact, if written out on paper in a small font, the E8 answer would cover an area the size of Manhattan.

While even consumer hard drives can store that much data, the computer had to have continuous access to tens of gigabytes of data in its random access memory (the RAM in a personal computer), something far beyond that of home computers and unavailable in any computer until recently.

The computation was sophisticated and demanded experts with a range of experiences who could develop both new mathematical techniques and new programming methods. Yet despite numerous computer crashes, both for hardware and software problems, at 9 a.m. on Jan. 8, 2007, the calculation of E8 was complete.

The E8 root system consists of 240 vectors in an 8-dimensional space. Those vectors are the vertices (corners) of an 8-dimensional object called the Gosset polytope 421. In the 1960s, Peter McMullen drew by hand a 2-dimensional representation of the Gosset polytope 421. This image was computer generated by John Stembridge, based on McMullen's drawing.

شايد سفر زمانى بسيار راحت تر از آن باشد كه تصور مى كنيم

خلاصه مقاله
۱- براساس نظريه ريسمان ها، جهان ما پوسته اى ۴ بعدى است كه در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى شناور است.
۲- درصورت انحناى شديد ابعاد فراسوى جهان ما، هر ذره اى كه قادر به خروج از ابعاد چهارگانه اين جهان باشد، مى تواند با ميان بر زدن از ميان بعد پنجم، حتى از نور هم پيشى بگيرد.
۳- حركت سريع تر از نور، از ديد برخى از ناظرهاى اين جهان، به معناى سفر در زمان و بازگشت به گذشته است.
۴- گراويتون ها و نوترينوهاى خنثى ذراتى هستند كه امكان خروج از جهان ما را دارند. بنابراين اين ذرات قادرند در زمان سفر كنند.
۵- بدين ترتيب طى چند دهه آينده و با كمك نوترينوهاى خنثى قادر خواهيم بود ايده سفر در زمان را به طور تجربى بيازماييم.

احتمالاً عنوان جديدترين مقاله علمى «هانريش پاس» ( Pas.H) براى شما بيش از حد عجيب و غريب و نامفهوم به نظر برسد: «منحنى هاى زمان گونه بسته در جهان هاى پوسته اى خميده غيرمتقارن» ! اما براى آنهايى كه به فيزيك نظرى مسلط هستند اين مقاله از يك حقيقت شگفت انگيز پرده بردارى مى كند. براساس اين مقاله، ساخت ماشين زمان، بسيار راحت تر و دردسترس تر از آن چيزى است كه تاكنون تصور مى شد.

پس ديگر كند و كاو طاقت فرسا در جهان براى يافتن سياه چاله هاى چرخان يا كرم چاله هاى عجيب و غريب را ( كه تا پيش از اين به نظر مى رسيد كه تنها راه هاى سفر در زمان باشند) فراموش كنيد. براساس نظر «پاس» و همكارانش در دانشگاه هاوايى، در سفر در زمان، همواره و در همه جا در جهان بر روى ما گشوده است. نكته جالب تر اينكه برخلاف اغلب سناريوهاى قبلى، صحت اين ايده را مى توان همين جا بر روى زمين هم به معرض آزمون گذاشت. «بيل لوئيز» (Louis.B) كه فيزيكدانى از آزمايشگاه ملى لس آلاموس در نيومكزيكو و يكى از مسئولان ارشد آزمايش معروف باريكه نوترينوى MiniBoone در آزمايشگاه شتاب دهنده فرمى است دراين باره مى گويد: «به نظر من ايده اى كه «پاس» ارائه كرده، ايده اى بسيار شگفت انگيز و فوق العاده است. اما هم اكنون مسئله مهم، نشان دادن صحت اين ايده است.»
البته فيزيكدانانى نظير «لوئيز» حق دارند كه كمى محتاط باشند. در واقع بايد گفت كه هرچند هيچ يك از قوانين طبيعت امكان سفر در زمان را عملاً رد نمى كنند، اما فيزيكدان ها از ديرباز با اين مسئله ميانه چندان خوشى نداشته اند، چرا كه سفر در زمان مى تواند فرض پذيرفته شده تقدم علت بر معلول را زير سئوال ببرد. از طرفى نقض قانون موجبيت مى تواند اوضاع جهان را به هم بريزد. به عنوان مثال شما مى توانيد به گذشته سفر كرده و از تولد خودتان جلوگيرى كنيد.

وجود چنين تناقض نماهايى منجر به ارائه حدسى از سوى «استفن هاوكينگ» شد كه اصطلاحاً «حدس حفاظت از تاريخ» ناميده مى شود. براساس اين حدس بايد اصولى در فيزيك (كه هنوز كشف نشده اند) وجود داشته باشند كه از امكان وقوع سفر در زمان جلوگيرى كنند. تا همين سه سال پيش هيچ كس نتوانسته بود جزئيات چنين اصولى را ترسيم كند تا اينكه در سال ۲۰۰۳ گروهى از محققان كه بر روى نظريه ريسمان ها (كه بهترين گزينه براى رسيدن به نظريه اى واحد در فيزيك است) كار مى كردند، مدعى شدند كه براساس اين نظريه، ساز و كارهايى وجود دارند كه مى توانند از سفر در زمان جلوگيرى كنند.
تا به اينجا ظاهراً همه چيز درست بود. اما حتماً مى دانيد كه فيزيكدان ها در قانع نشدن به يك جواب، شهره خاص و عام هستند. اين گونه بود كه «پاس» و دو نفر از همكارانش به نام هاى «سنديپ پاكواسا» (Pakvasa.S) از دانشگاه هاوايى و «توماس ويلر» (Weiler.T) از دانشگاه وندربيلت در تنسى شروع به تجزيه و تحليل مجدد نظريه ريسمان ها كردند. اين نظريه، اجزاى بنيادين جهان را نه به صورت ذرات نقطه اى بلكه به شكل ريسمان هاى مرتعش انرژى مى داند. در اين نظريه، ارتعاش سريع تر اين ريسمان ها معادل جرم بيشتر ذرات است.

اين ريسمان هاى مرتعش مى توانند نحوه هزاران نوع برهم كنش مابين تمامى ذرات بنيادى نظير كوارك ها و الكترون ها را توضيح دهند. اما نكته اى اساسى در مورد اين نظريه وجود دارد: اين نظريه تنها زمانى جواب مى دهد كه اين ريسمان هاى انرژى به جاى چهار بعد معمول، در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى در حال ارتعاش باشند. در واقع براساس نظريه ريسمان ها، اين ابعاد اضافى يا فوق العاده كوچك هستند، به طورى كه تاكنون متوجه حضور آنها نشده ايم و يا بسيار بزرگ و به گونه اى خميده هستند كه باز هم تا به حال از ديد ما پنهان مانده اند.

بنابر نظريه ريسمان ها، جهان ما در واقع پوسته اى چهار بعدى است كه در يك فضا- زمان ۱۰ بعدى شناور است. اما از آنجايى كه تمامى ذرات و نيروهاى جهان ما مقيد به پوسته چهار بعدى اين جهان هستند و امكان خروج از آن را ندارند، بنابراين ما نيز تاكنون از وجود ابعاد بالاتر خارج از جهان خود (يعنى همين چهار بعدى كه تجربه هاى ما محدود به آن است) هيچ اطلاعى نداشتيم. «پاس» در اين باره مى گويد: «اگر واقعاً چنين باشد پس امكان ميان بر زدن از ميان اين ابعاد بالاتر نيز وجود خواهد داشت و همين مسيرهاى ميان بر است كه سفر در زمان را ممكن مى سازد.»

تجسم چنين ميان برهايى كار چندان دشوارى نيست. فرض كنيد كه پوسته چهار بعدى جهان ما كه در بعد بالاتر (بعد پنجم) جاى گرفته همانند كاغذى باشد كه از وسط تا شده و دو انتهاى آن بر روى همديگر قرار گرفته است. در اين صورت مى توان از نقطه اى واقع بر پوسته جهان، آن را ترك كرده و وارد بعد بالاتر شد و پس از پيمودن مسيرى كوتاه در بعد پنجم دوباره و در نقطه اى ديگر در مقابل آن به جهان بازگشت. جالب اينجاست كه اگر اين صفحه خم شده (يعنى جهان ما) صفحه اى بسيار بزرگ باشد، در اين صورت براى پيمودن همين مسير از روى خود صفحه (يعنى از درون جهان) مى بايست فاصله اى بسيار طولانى را طى مى كرديم اما با خروج از پوسته جهان و عبور از ميان ابعاد بالاتر عملاً ميان بر خواهيم زد.
اما مسئله اى در ارتباط با تصويرى كه ارائه شد وجود دارد. اگرچه اساساً مى توان جهانى را تصور كرد كه بتوان از يك سوى آن به سوى ديگر ميان بر زد اما مسئله آن است كه جهان ما نمى تواند مشابه چنين جهانى باشد. علت اين امر آن است كه فضا- زمان چنين جهانى به شدت خميده بوده و نتيجتاً با نظريه نسبيت خاص اينشتين (كه هندسه فضا را تخت يا اقليدسى مى داند) ناسازگار خواهد بود. از آنجايى كه آزمون هاى تجربى متعددى تاكنون صحت پيش بينى هاى نسبيت خاص را در حوزه محلى موقعيت ما در جهان تا دقتى بالاتر از يك به يك ميليون تاييد كرده اند، بنابراين بسيار بعيد است كه پوسته چهاربعدى جهان ما همانند يك كاغذ تاشده باشد.

بنابراين پاس، پاكواسا و ويلر از فرض ديگرى استفاده كردند. آنها فضا- زمانى را در نظر گرفتند كه در آن، جهان ما يك پوسته چهاربعدى تخت بوده اما اين پوسته تخت، در ابعاد بالاترى شناور است كه به شدت خميده هستند. از آنجايى كه در اين تصوير، جهان ما تخت است بنابراين نسبيت خاص همچنان در آن معتبر خواهد بود. اما ميزان انحناى ابعاد بالاتر خارج از جهان ما به حدى است كه نسبيت خاص در آن ابعاد ديگر اعتبار خود را از دست خواهد داد. اين امر بدان معناست كه هر چيزى كه بتواند از ابعاد جهان ما خارج شده و وارد بعد پنجم شود قادر خواهد بود يكى از بنيادى ترين اصول نسبيت خاص را زير پا بگذارد: چنين چيزى قادر است با سرعتى فراتر از سرعت نور حركت كند.

اين امر، نتايج خارق العاده اى را براى ساكنان پوسته جهان ما در بر خواهد داشت. در نظر اشخاصى كه در اين جهان زندگى مى كنند، هر چيزى كه مسيرى ميان بر را از ميان ابعاد بالاتر هستى طى كند، ناگهان از نقطه اى از جهان ما غيب شده و در نقطه اى ديگر در جهان ظاهر مى شود. در نظر برخى از ساكنان جهان، هويت مزبور فاصله مابين اين دو نقطه را حتى سريع تر از نور طى خواهد كرد. اما شگفت انگيزتر آن كه در نظر برخى ديگر، آن چيز حتى در زمان سفر كرده و به گذشته باز خواهد گشت. علت اين امر آن است كه براساس نظريه نسبيت خاص، در برخى از چارچوب هاى مرجع، حركت سريع تر از نور معادل سفر در زمان و بازگشت به گذشته است. «پاس» در اين باره مى گويد: «چنين مسيرهاى ميان برى كه از ابعاد بالاتر هستى در خارج از جهان ما عبور مى كنند اصطلاحاً «منحنى هاى زمان گونه بسته» ناميده مى شوند. يافتن چنين مسيرهايى در واقع معادل دستيابى به رمز ماشين زمان است.»

• خروج از رويه

اما اين ايده سفر در زمان نيازمند حل يك مشكل است و آن يافتن راهى است براى خروج از جهان ما و ورود به ابعاد بالاتر هستى. اما انجام چنين كارى چگونه ميسر خواهد بود؟ خوشبختانه نظريه ريسمان ها راهى را براى اين كار در پيش روى ما قرار مى دهد. براساس اين نظريه تقريباً تمامى ريسمان هاى نمايانگر ذرات بنيادى جهان ما ريسمان هايى باز هستند و دو انتهاى اين ريسمان ها همواره مقيد به پوسته جهان ماست. به همين دليل هم اين ذرات هيچ گاه نخواهند توانست از جهان ما خارج شده و با ورود به بعد پنجم، مسير ميان برى را در فضا- زمان بپيمايند. اما در اين ميان دو استثناى مهم نيز وجود دارد: يكى ذره (ريسمان) حامل نيروى گرانش به نام گراويتون و ديگرى نوع چهارمى از نوترينو كه در برابر سه نوع معمول آن اصطلاحاً نوترينوى خنثى ناميده مى شود (منظور از نوترينوى خنثى، خنثى بودن آن به لحاظ الكتريكى نيست چراكه نوترينوهاى معمولى نيز همگى فاقد بار الكتريكى بوده و هيچ يك در برهم كنش الكترومغناطيسى شركت نمى كنند. در واقع منظور از عبارت خنثى آن است كه اين نوترينوها داراى فوق بار ضعيف صفر هستند و بنابراين حتى در برهم كنش ضعيف هم شركت نمى كنند و تنها در برهم كنش گرانشى وارد مى شوند). مطابق نظريه ريسمان، اين دو ذره برخلاف ساير ذرات، ريسمان هاى حلقوى بسته هستند. از آنجايى كه اين ريسمان هاى بسته عملاً هيچ انتهاى مشخصى ندارند كه به پوسته جهان مقيد باشند، بنابراين مى توانند آزادانه از جهان ما خارج شده و به ساير ابعاد هستى سفر كنند.
همين ويژگى گراويتون ها است كه به نظريه پردازان ريسمان كمك مى كند تا ضعيف بودن نيروى گرانش را نسبت به ساير نيروهاى بنيادى نظير الكترومغناطيس تبيين كنند. بر اين اساس، ضعيف بودن نيروى گرانش در واقع بدان علت است كه تعداد بسيارى از گراويتون هاى گسيل شده توسط ذره مبدأ پيش از آنكه فرصت رسيدن به ذره مقصد را پيدا كنند از جهان ما خارج خواهند شد و به ابعاد بالاتر درز مى كنند. اما شگفت انگيزتر آنكه خروج اين ذرات از ابعاد جهان ما و ميان بر زدن آنها از ميان ابعاد بالاتر هستى بدان معنا است كه گراويتون ها و نوترينوهاى خنثى اساساً توانايى سفر در زمان را دارند. بنابراين «پاس» معتقد است كه به كمك اين ذرات مى توان امكان سفر در زمان را به طور تجربى به محك آزمون گذاشت.

اما چنين كارى چندان آسان نخواهد بود چراكه هيچ كس تاكنون موفق به دام اندازى يك گراويتون يا نوترينوى خنثى نشده است، زيرا آشكارسازى اين ذرات بسيار نامحتمل و دشوار است. در هر ثانيه هزاران ميليارد نوترينوى معمولى از بدن ما مى گذرند، اما ما متوجه عبور هيچ يك از آنها نمى شويم چراكه اين ذرات، بسيار به ندرت با الكترون ها و اتم ها برهم كنش انجام مى دهند. اما احتمال برهم كنش نوترينوهاى خنثى با ماده حتى از نوترينوهاى معمولى هم كم تر است چراكه نوترينوهاى خنثى تنها از طريق برهم كنش فوق العاده ضعيف گرانشى و نيز تبادل بوزون هيگز با ماده برهم كنش دارند. (بوزون هيگز، ذره اى است كه هنوز به طور تجربى كشف نشده است. جرم هريك از ذرات بنيادى در واقع ماحصل برهم كنش آنها با اين ذره است.)
با همه اين احوال «پاس» و همكارانش معتقدند كه براساس مكانيك كوانتومى راهى براى اين مسئله وجود دارد. قوانين فيزيك كوانتومى حاكى از آن است كه نوترينوها مى توانند از نوعى به نوع ديگر تبديل شوند. آزمايش هاى انجام شده در ژاپن و ايالات متحده نيز كه براى آشكارسازى نوترينوهاى خورشيدى و نيز نوترينوهاى حاصل از ساير منابع اخترفيزيكى طراحى شده اند، به طور تجربى موفق به تاييد امكان تبديل نوترينوها از نوعى به نوع ديگر شده اند. همين مسئله در مورد نوترينوهاى خنثى هم صادق است به گونه اى كه اين نوترينوها نيز مى توانند به نوترينوهاى معمولى (كه با سهولت بسيار بيشترى قابل آشكارسازى هستند) تبديل شوند و بالعكس. نكته حائز اهميت آنكه احتمال اين تبديل، به تناسب چگالى محيطى كه نوترينوها در حال عبور از آن هستند، افزايش مى يابد.

همين نكته بود كه سبب شد تا «پاس» و همكارانش پيشنهاد انجام آزمايشى را ارائه دهند كه خواهد توانست امكان سفر در زمان را به طور تجربى نشان دهد. در اين آزمايش، باريكه اى از نوترينوهاى معمولى از يك مركز تحقيقاتى واقع در قطب جنوب به سوى آشكارسازى در روى خط استوا ارسال خواهد شد. در هنگام عبور باريكه از ميان كره زمين، بخشى از نوترينوها به نوترينوهاى خنثى بدل خواهند شد. ازآنجايى كه اين نوع نوترينوها قادرند از ميان ابعاد بالاتر فراسوى جهان ما ميان بر بزنند بنابراين زودتر از بقيه به آن سوى كره زمين خواهند رسيد، به گونه اى كه گويى از نور هم سريع تر حركت كرده اند. اما همين كه اين نوترينوها از آن سوى زمين خارج شده و وارد اتمسفر شوند، دوباره تغيير نوع داده و به نوترينوهاى معمولى (كه قابل آشكارسازى هستند) بدل خواهند شد. اما با توجه به چرخش زمين و در كمال تعجب، اين نوترينوها (كه سريع تر از نور حركت كرده بودند) در زمانى پيش از زمان آغاز حركت خود به مقصد خواهند رسيد!
هرچند انجام چنين آزمايشى فراتر از توانمندى هاى فناورى فعلى بشر است، اما همان طور كه «پاس» هم به درستى بدان اشاره دارد، انجام اين آزمايش طى حداكثر۵۰ سال آينده ميسر خواهد شد. البته تحقق چنين آزمايشى پيش از هرچيز نيازمند صحيح بودن دو پيش فرض است. شرط اول، وجود نوترينوهاى خنثى است. اگرچه اكنون بسيارى از فيزيكدان ها معتقدند كه چنين نوترينوهايى بايد وجود داشته باشند، اما اين امر هنوز به طور تجربى تاييد نشده است. و شرط دوم آن است كه همان طور كه «پاس» فرض كرده است ما واقعاً در يك فضا- زمان خميده غيرمتقارن زندگى مى كنيم. اما چنين پيش فرضى تا چه حد قابل قبول است؟
هنگامى كه اينشتين، نظريه نسبيت عام را ارائه كرد، عملاً نشان داد كه فضا- زمان تحت چه شرايطى ممكن است خميده و يا تخت باشد. اما معادلات اينشتين چيزى درباره هندسه واقعى جهان به ما نمى گويد (بلكه صرفاً حالت هاى ممكن اين هندسه را به تصوير مى كشد). بنابراين، به عنوان مثال كيهان شناسان صرفاً با اتكا به اين معادلات نمى توانند بگويند كه آيا جهان ما تا بى نهايت ادامه دارد و يا اينكه اين جهان، جهانى خميده و بسته است. همين امر، در ماشين هاى زمان متفاوتى را بر روى فيزيكدان ها گشوده است، كه برخى قابل قبول تر از بقيه هستند.

به عنوان مثال، يكى از پاسخ هاى مشهور معادلات اينشتين كه براى نخستين بار توسط رياضيدانى به نام «كورت گودل» (Godel. K) ارائه شد، جهانى را توصيف مى كند كه با سرعت به دور خود درحال چرخش است. در چنين جهانى نور به جاى حركت در خط راست، در يك مسير مارپيچى حركت خواهدكرد. «گودل» توانست نشان دهد مسافرى كه در چنين جهانى مسيرى طولانى را در اعماق كيهان طى مى كند، قادر است حتى از نور هم پيشى گرفته و در زمانى پيش از شروع حركت خود از مبدأ، به آنجا بازگردد. به عبارتى جهان چرخنده گودل، همانند يك ماشين زمان عمل مى كند. اما مسئله همان طور كه «پاس» هم بدان اشاره مى كند، اين است كه ما واقعاً در چنين جهانى زندگى نمى كنيم.

يكى ديگر از انواع ماشين زمان را مى توان در درون سياه چاله هاى چرخان جست وجو كرد. در سياه چاله هاى چرخان، فضا- زمان آنچنان انحنا پيدا مى كند كه جاى فضا با زمان عوض مى شود. اگرچه اين نوع ماشين زمان واقعاً در جهان ما وجود دارد اما در اينجا هم مسئله آن است كه اين سياه چاله هاى چرخان عملاً خارج از دسترس ما هستند. اما پس از سياه چاله هاى چرخان، نوبت به نوع ديگرى از ماشين زمان مى رسد كه ايده آن براى اولين بار توسط فيزيكدانى به نام «فرانك تيپلر» ( F.Tipler) مطرح شد. اين نوع ماشين زمان در فضا- زمان اطراف يك جرم استوانه اى چرخان نامتناهى شكل مى گيرد، اما به عقيده «پاس» ساخت چنين ماشينى هم عملاً غيرممكن است، چرا كه نيازمند جرم استوانه اى فوق العاده عظيمى است كه با سرعتى غيرقابل باور در حال چرخش باشد.

يكى ديگر از گزينه هاى مطرح در مورد ماشين زمان، كرم چاله ها هستند. اين تونل هاى ميكروسكوپى در ساختار فضا- زمان، مى توانند يك نقطه از زمان را به نقطه اى ديگر از آن متصل كنند. اما براى عبور از ميان اين تونل ها هم يك مشكل اساسى وجود دارد: تونل كرم چاله ها در يك چشم برهم زدن پس از تشكيل، به طور خود به خود بسته مى شود.

براى باز نگاه داشتن اين تونل ها فقط يك راه وجود دارد و آن استفاده از نوعى ماده ناشناخته است. اين نوع ماده برخلاف ماده معمولى كه در حضور ميدان گرانشى جذب مى شود، بر اثر نيروى گرانش دفع خواهد شد و همين نيروى دافعه است كه مى تواند از بسته شدن دهانه كرم چاله جلوگيرى كند. اما همان طور كه «پاس» هم مى گويد، ما هنوز نمى دانيم كه چنين ماده عجيب و غريبى در جهان وجود دارد يا خير و اگر وجود داشته باشد، آيا پايدار خواهد بود يا نه.

اگرچه «پاس» اذعان مى دارد طرحى كه توسط او و همكارانش براى سفر در زمان ارائه شده نيز، نيازمند وجود ماده عجيبى است كه بتواند به بعد پنجم انحنا بدهد، اما به نظر او، به هر حال اين طرحى، قابل قبول تر از بقيه طرح هاست. علت اين امر آن است كه ماده عجيب ناشناخته در اين طرح ( برخلاف طرح كرم چاله ها) مى تواند در ميان ابعاد بالاتر خارج از جهان ما، پنهان شده باشد. بدين ترتيب طرح «پاس» مى تواند توضيح دهد كه چرا تاكنون ما با چنين ماده عجيب و غريبى در جهان مواجه نشده ايم.
البته ايده «پاس» هم مانند هر ايده ديگرى منتقدانى دارد. يكى از اين اشخاص، «سيدنى دسر» (S.Deser) از دانشگاه برانديس ماساچوست است. دسر كه ايده وجود ماده عجيب و ناشناخته را چندان نمى پسندد، همانند اينشتين معتقد است كه سفر در زمان اساساً ممكن نخواهد بود.

اما «پاس» معتقد است كه با تصويرى كه او و همكارانش از فضا- زمان ارائه داده اند، مى توان تعدادى از مسائل بى پاسخ را كه نسبيت عام با آنها مواجه است حل كرد. به عنوان مثال، برقرارى ارتباطى فراتر از سرعت نور مابين نقاط دوردست كيهان با همديگر در جهان اوليه، مى تواند به تبادل گرمايى اين نقاط با همديگر منجر شده باشد. همين امر قادر خواهد بود كه علت يكنواختى دماى جهان را كه توسط كيهان شناسان مشاهده شده است، توضيح دهد. بدين ترتيب نظريه «پاس» مى تواند جايگزينى براى نظريه تورمى باشد (نظريه تورمى در كيهان شناسى سعى دارد تا با فرض اين كه در لحظات آغازين پيدايش جهان، فضا- زمان دچار انبساط فوق العاده سريع و غيرقابل تصورى شده است، يكنواختى دماى جهان را توضيح دهد). در واقع تا پيش از ارائه نظريه پاس، عمده كيهان شناسان از نظريه تورمى حمايت مى كردند، اما مسئله آن است كه هيچكس تاكنون موفق به ارائه جزئيات فيزيك وراى مسئله تورم كيهانى نشده است.

• جهان خميده

در اين ميان برخى نيز به آن بخش ايده «پاس» كه به فضا- زمان خميده غيرمتقارن مرتبط است با ديده ترديد مى نگرند. «تونى پاديلا» (T.Padilla) از دانشگاه بارسلوناى اسپانيا يكى از اين اشخاص است. وى مى گويد: «اين نظريه قطعاً نظريه جالب توجهى است، اما هنوز زود است كه وجود چنين فضا- زمانى را كه اين نظريه بدان اشاره دارد، طبيعى بدانيم. ابتدا بايد پايدار بودن اين نوع فضا- زمان را ارزيابى كرد و من به شخصه معتقدم كه چنين فضا- زمانى پايدار نخواهد بود ؛ هرچند ممكن است من در اشتباه باشم.»
البته «پاديلا» اذعان مى دارد كه ممكن است در آينده مشخص شود كه يك جهان پوسته اى با همان ويژگى هايى كه گروه «پاس» بدان اشاره دارد، جهان پايدارى خواهد بود؛ اما در نظر «پاديلا» هنوز چنين چيزى روشن نيست.

«جان كرامر» (J.Cramer) نيز از دانشگاه واشينگتن در سياتل معتقد است كه در ايده پاس، نكات جالبى نهفته است؛ اما او نيز مى گويد: «تحقق اين ايده نيازمند وجود يك جهان پوسته اى خميده غيرمتقارن است، اما ممكن است جهان ما مشابه چنين جهانى نباشد.» و ادامه مى دهد: «اما به هر حال اين ايده، ايده اى بسيار شگفت انگيز است.»

البته چنانچه سفر در زمان براساس ايده «پاس» ممكن باشد، تنها ذرات خاصى نظير نوترينوهاى خنثى و گراويتون ها امكان اين سفر را خواهند داشت و بنابراين ما عملاً امكان دخل و تصرف چندانى را در گذشته جهان نخواهيم داشت. اما «پاس» با نگاهى واقع بينانه به بحث مسافرت در زمان نگاه مى كند. او معتقد است تا زمانى كه به لحاظ نظرى احتمال سفر در زمان وجود داشته باشد، انجام آزمايش هاى تجربى در اين زمينه به زحمتش مى ارزد. او در اين مورد مى گويد: «حتى چنانچه سفر در زمان ميسر هم نباشد، با تحقيق بر روى ذراتى نظير نوترينوهاى خنثى مى توان به ماهيت آن قانون هاى فيزيك پى برد كه از چنين سفرى جلوگيرى مى كنند.» به هر حال، اولين پاسخ ها به پرسش هاى مطرح در مورد ذراتى نظير نوترينوهاى خنثى به زودى و توسط نتايج آزمايش باريكه نوترينوى MiniBoone ارائه خواهد شد. اين آزمايش تا اواخر همين امسال قادر خواهد بود كه وجود نوترينوى خنثى و مسيرهاى ميان بر در ابعاد فراسوى جهان ما را به طور تجربى تاييد كند. اما اگر سفر در زمان واقعاً حقيقت داشته باشد، ممكن است پاسخ همه پرسش هاى ما، پيش از پرسيدن آنها ارائه شده باشد.

يكي از آنها به نام دوگانگي T نوعي تغيير شكل است كه در مورد فضاهايي كه حداقل يك بعد توپولوژيكي دايره اي شكل دارند، مصداق دارد و مطابق آن ابعاد اضافي كوچك و بزرگ معادل يكديگر هستند.

منشأ تمام اين دوگانگي ها اين واقعيت است كه ريسمان ها حركات خيلي پيچيده اي دارند. تمامي ويژگي هاي سحرآميز ريسمان هاي كوانتومي يك هدف مشترك دارند: آنها از بي نهايت بيزارند و به هرصورتي كه ممكن است سعي در مهار آن دارند. نظريه پردازان ريسماني توقع دارند كه اگر تاريخچه ي عالم را در طول زمان به عقب بياوريم، انحناي فضا-زمان روبه افزايش نهد ولي به جاي اينكه تمام مسير به سوي بي نهايت را طي كند.( كه طبق نظريه رايج انفجار بزرگ به نقطه تكنيكي برسد). سرانجام به يك نقطه ي ماكزيمم مي رسد و دوباره كاهش پيدا مي كند. براي رسيدن به اين مقصود، نظريه پردازان ريسماني، دست به خطر زده و در مورد جهان پيش از انفجار( يا پيش-مهبانگ) حدس هايي زده اند.  دو تاي اين حدس ها گسترش بيشتري پيدا كرده اند. اولين آنها كه من و همكارانم در سال 1991 آغاز به پروراندن و توسعه دادن آن كرديم، الگوي پيش- مهبانگي ناميده مي شود كه دوگانگي Tرا با تقارني كه در وارونگی زماني كشف شده( كه مطابق آن معادلات فيزيكي در طول زمان چه رو به جلو و چه رو به عقب به نحو يكساني عمل مي كنند) تركيب مي كند. در نتيجه اين تركيب سبك جديد و بسيار با ارزشي به وجود مي آيد كه در آن عالم به عنوان نمونه،پنج ثانيه پيش از انفجار بزرگ با همان آهنگ پنج ثانيه پس از آن در حال انبساط بوده است ولي نرخ تغيير انبساط مخالف هم بودند.

در نتيجه به طور خلاصه اين امكان وجود دارد كه انفجار بزرگ نقطه آغازين عالم نبوده  بلكه تنها انتقالي شديد و ناگهاني از شتاب افزايش به شتاب كاهنده بوده باشد. مطابق اين سناريو، تصوير عالم پيش- مهبانگ به طور تقريبي آينه تمام نماي جهان پس- مهبانگ بوده است. اگر جهان آنقدر در آينده جاودانه بماند كه محتويات آن بسيار رقيق و سرانجام ناپديد شوند، در آن صورت بايد داراي گذشته اي جاوداني نيز بوده باشد. جهان در گذشته بي نهايت دور،تقريباً خالي بود و فقط شامل گازي رقيق،بسيار پراكنده و آشفته از تابش و ماده بوده است. به دنبال گذشت زمان نيروها قدرتمند تر شدند و به جمع آوري مواد كنار يكديگر پرداختند.به صورت تصادفي بعضي نواحي فضا مواد را حوالي خود گردآوري كردند. سرانجام چگالي آن نواحي چنان افزايش يافت كه منجر به شكل گيري سياهچاله ها شد. سپس ارتباط مواد درون آن نواحي با خارج قطع شد و جهان به نواحي تكه تكه اي تقسيم شد.

درون يك سياهچاله، فضا و زمان نقش هاي خود را با يكديگر عوض مي كنند. مركز يك سياهچاله، نقطه اي از فضا نيست بلكه لحظه اي از زمان است. ماده سقوط كننده داخل سياهچاله، هرچه به سوي مركز آن پيش مي رفت، به چگالي بيشتر و بيشتري دست مي يافت. هنگامي كه چگالي،دما وخميدگي مقدار مجاز در نظريه ريسمان را پشت سر گذاشتند،تغيير وضعيت داده و شروع به كاهش كردند. لحظه ي اين بازگشت همان چيزي است كه ما آن را انفجار بزرگ مي ناميم عالم ما داخل يكي از همين سياهچاله ها تشكيل شد.

در ديد اوليّه امكان دارد اين ايده ها همانند اصولي در ماوراي فيزيك به نظر برسند ايده هايي جالب كه تعيين صحّت يا نادرستي آنها از عهده راصدان خارج است. اين طرز فكري بسيار بدبينانه است. همانند اجزاء دوره انبساط، يك دوران بيش- مهبانگي احتمالي نيز مي تواند پيامد هاي قابل مشاهده اي به خصوص براي تغييرات جزئي يافت شده در دماي پس زمينه مايكروويو كيهاني داشته باشد. امواج گرانشي با هر اندازه اي، نشانه مجزاي مربوط به خود را در قطبي كردن زمينه مايكروويو بر جاي مي گذارند. رصد گر هاي آينده، نظير ماهواره پلانك آژانس فضايي اروپا بايد قادر باشند كه اين نشانه را در صورت وجود مشاهده كنند.در آن صورت ما مي توانيم ادعا كنيم كه آزمون سرنوشت سازي را پشت سر گذاشته ايم. با همه اين گفته ها، زمان چه هنگامي آغاز شده است؟ دانش هنوز نمي تواند با قاطعيت به اين پرسش پاسخ دهد. امّا لااقل دو نظريه كه قابل آزمايش هستند، ظاهراً بيان مي كنند كه عالم و در نتيجه زمان ،مدت ها پيش از انفجار بزرگ وجود داشته اند. هر کدام از اين مدل ها اگر درست باشند، عالم هميشه برپا بوده است و حتی اگر روزی دوباره متلاشی شود هرگز به پايان راه خود نخواهد رسيد.

متنی كه در زير مي خوانيد، نوشته اي است از گابريل ونزيانو(Gabriele veneziano) فيزيكدان نظري مركز تحقيقات فيزيك ذره اي اروپا(CERN ) كه در اواخر دهه 1960 به عنوان پدر نظريه ريسمان شناخته شد.

نظريه ريسمان بيان مي كند كه انفجار بزرگ سرمنشأ عالم نبوده، بلكه صرفاً پيامد وضعيتي بوده كه مدت ها قبل از آن زمان وجود داشته است.تا حدود 10 سال پيش، اينچنين پرسشي كفرآميز محسوب مي شد. زيرا غالب كيهان شناسان مطرح كردن زماني قبل از انفجار بزرگ را مانند اين مي دانستند كه كسي جايگاه شمال قطب شمال را از شما بپرسد. يونانيان باستان دربارة منشأ زمان مناظرات و مباحثه هاي فراواني ترتيب مي دادند. ارسطو كه از بي آغازي زمان طرفداري مي كرد،استنادش بر اين اصل بود كه از هيچ ،چيزي به وجود نمي آيد. پس اگر عالم در هيچ  برحه اي از زمان نتوانسته باشد خود را از نيستي به هستي در آورد، الزاماً مي بايست همواره وجود مي داشته است.

پس به اين دليل و دلايلي ديگر، زمان بايد به طور نامحدود در گذشته و آينده امتداد داشته باشد. امّا دين شناسان مسيحي نظري دگرگونه داشتند.آگوستين استدلالش بر اين بود كه آفريدگار بيرون از فضا و زمان حضور دارد و قادر است كه اين ساختارها را همانطور كه ديگر جنبه اي دنياي ما را خلق می كند، به وجود  آورد. دو دليل سبب شد كه كيهان شناسان معاصر نتيجه مشابهي بگيرند. يكي از آنها نسبيت عام و ديگري شواهدي بودند كه از مشاهده انبساط جهان به دست آمدند كه بر طبق آنها دو فيزيكدان نامي يعني استفان هاوكينگ و روجر پنروز در سال 1960 ثابت كردند كه زمان نمي تواند به طور نا محدود رو به گذشته ادامه داشته باشد و اگر در طول زمان رو به عقب برويم، بالاجبار بايد به نقطه تكينگي برسيم. ولي تكينگي گريز ناپذير، كيهان شناسان را در برابر مسائلي جدي قرار مي دهد. خصوصاً با مقادير زياد همگني و يكساني كه جهان ما در مقياس هاي بزرگ دارد، ناهماهنگ است. براي يكسان ديده شدن عالم در تمام نقاط بايد ميان قسمت هاي دور دست فضا گونه اي رابطه وجود داشته باشد به طوري كه ويژگي ها ومشخصات آنها را با يكديگر هماهنگ كند.

امّا فيزيكدانان براي رهايي از اين بن بست به دو راه حل طبيعي ديگر توجه دارند. يكي از آنها اينطور بيان مي كند كه زمان در لحظه ي انفجار بزرگ آغاز نشده و دوره هاي طولاني قبل از آن وجود داشته است. دليل اينكه تا به حال دانشمندان به اندازه كافي به اين فرض توجه نمي كردند، اين بود كه فرض مي كردند نسبيت همواره معتبر است در حالي كه نزديك زمان تكنيكي اثرات كوانتومي غالب هستند. بنابراين براي دانستن آنچه كه واقعاً رخ داده ،فيزيكدانان ناگزيرند تا نسبيت را وارد يك نظريه كوانتومي گرانش كنند. امروزه براي رسيدن به اين مقصود دو نظريه بيشتر مورد توجه قرار دارد. يكي از آنها به نام گرانش كوانتومي حلقوي، اساس نظريه اينشتين را دست نخورده نگه مي دارد ولي روش به كارگيري آن در مكانيك كوانتومي را تغيير مي دهد. ولي نگرش دوم كه به عقيده ي من آينده بهتري خواهد داشت، نظريه ريسمان است. اين نظريه اصلاحي واقعاً انقلابي از تئوري اينشتين است. انديشه ي پايه اي در نظريه ريسمان اين است كه ذرات بنيادي نقطه اي شكل نيستند بلكه اجزاي تك بعدي و بي نهايت باريك هستند. اين ساختارها ريسمان ناميده مي شوند. همه ذرات مثل پروتون ها ونوترون ها از ذرات بنيادي به نام كوارك تشكيل شده اند. كوارك ها توسط مبادله ذراتي به نام گلوئون با هم رابطه برقرار مي كنند. گلوئون حامل نيروي قوي هسته اي است و نقش آن چسباندن (glue ) كوارك ها به همديگر است.

دليل اينكه دانشمندان سرانجام به نظريه ريسمان رسيدند، اين است كه آنها متوجه شدند كه ذرات بنيادي شامل تعداد زيادي ذره هستند كه هر كدام ويژگي مخصوص خود را دارند. كه اين به دليل وجود تعداد نامحدود مدل هاي ارتعاشي براي يك ريسمان است. ريسمان ها خواص مهمي دارند كه دانشمندان به آنها لقب جادوي ريسمان كوانتومي مي دهند.

1-  اگر قوانين مكانيك كوانتومي را بر ريسمان ها اثر دهيم، خواص جديدي ظاهر مي شوند كه به دانشمندان در تحليل نظريات خود ياري مي رسانند.

2-  ريسما ن هاي كوانتومي حتي اگر بدون جرم باشند، اندازه حركت زاويه اي دارند برعكس فيزيك كلاسيك كه هيچ جسم بدون جرمي نمي تواند اندازه حركت داشته باشد. اين خاصيت سبب مي شود كه آنها بتوانند به طور دقيقي ويژگي هاي ناقلاني مثل فوتون و گراويتون را توضيح بدهند.

3-  ريسمان هاي كوانتومي خواستار ابعاد اضافي از فضا هستند. براي سازگار بودن معادلات ارتعاشات ريسمان ها دو گزينه پيش روي ما قرار دارد. يعني يا فضا- زمان بايد انحناي شديدي داشته باشد كه با مشاهدات در تضاد است يا اينكه حداقل 6 بعد فضايي اضافي داشته باشيم.

4 -  دانشمندان در بعضي از موارد ناچارند ثابت هاي فيزيكي را متغّير در نظر بگيرند. اين ثابت ها در نظريه ريسمان به صورت ميدان پديدار مي شوند( بيشتر شبيه ميدان الكترومغناطيسي) كه مي تواند مقادير آنها را به صورت پويا و فعال تنظيم كند.

سرانجام ريسمان هاي كوانتومي برخي تقارن هاي جديد و جالب را به فيزيكدانان معرفي كردند كه به دوگانگي معروفند.

.

.

.

آخرين نتايج تحقيقات و بررسی‌های فيزيک‌دانان تاکنون وجود 7جهان موازی را به اثبات رسانده است. بايد گفت اين جهان‌های موازی آن‌قدر متفاوت و در اصل ناشناخته هستند که با قوانين مرسوم و متداول فيزيک نمی‌توان مکان و ساختار آن‌ها را توصيف کرد. عده‌ای می‌گويند اگر سرعت ما بالا رفته و به حد سرعت نور برسد می‌توانيم وارد اين جهان‌ها شويم، عده‌ای ديگر هم اعتقاد دارند از آنجايي که ذهن و روح انسان بسيار قدرتمند است، می‌تواند با استفاده از قدرت‌های روحی و روانی خود به جهان‌های ديگر سفر کند و راهی برای سفر به اين جهان‌های ناشناخته باز کند. افرادی بوده‌اند که با کمک توانايي‌های روحی _ روانی خود و از طريق تجارب فراروانی به جهان‌های موازی سفر کرده‌اند. اين افراد عموماً صحبت از تجارب مشابهی داشته‌اند و گفته‌هايشان عموماً شبيه به يکديگر است. اين افراد از طريق تجربة نزديک به مرگ (NDE) تجارب جالبی از جهان‌های موازی داشته‌اند.
روح و روان ما منبع عظيمی از انرژی الکترومغناطيس است. ما با کمک و به کارگيری اين جريان عظيم می‌توانيم به جهان‌های موازی سفر کنيم ولی اکثر ما نمی‌دانيم چگونه بايد ميدان انرژی الکترومغناطيس خود را به کار گيريم. بعضي از تئوريسين‌ها گفته‌اند که می‌توان با کمک انرژی سياه و در شرايطی خاص به جهان‌های موازی سفر کرد ولی اتفاق‌نظر جمعی براين است که بهترين روش برای اين سفر استفاده از توانايي‌های فراروانی است.
بعضي از محققين نيز مي‌گويند كه در لحظة مرگ يا زمان مديتيشن، روح آزادی عمل بيشتری پيدا می‌کند و در ميدان الکترومغناطيسی دريچه‌هايي برای سفر به جهان‌های موازی به صورتی معجزه‌آسا گشوده می‌شود.
بحث دربارة جهان‌های موازی و نحوه سفر به آنها هم‌چنان ادامه دارد.

Peering backward in time to an instant after the big bang, physicists at the University of Wisconsin-Madison have devised an approach that may help unlock the hidden shapes of alternate dimensions of the universe.

A new study demonstrates that the shapes of extra dimensions can be 'seen' by deciphering their influence on cosmic energy released by the violent birth of the universe 13 billion years ago. The method, published today (Feb. 2) in Physical Review Letters, provides evidence that physicists can use experimental data to discern the nature of these elusive dimensions — the existence of which is a critical but as yet unproven element of string theory, the leading contender for a unified 'theory of everything.'

Photo of bikes and shadows

A computer-generated rendering of

a possible six-dimensional geometry

similar to those studied by

UW-Madison physicist Gary Shiu.

Scientists developed string theory, which proposes that everything in the universe is made of tiny, vibrating strings of energy, to encompass the physical principles of all objects from immense galaxies to subatomic particles. Though currently the front-runner to explain the framework of the cosmos, the theory remains, to date, untested.

The mathematics of string theory suggests that the world we know is not complete. In addition to our four familiar dimensions — three-dimensional space and time — string theory predicts the existence of six extra spatial dimensions, 'hidden' dimensions curled in tiny geometric shapes at every single point in our universe.

Don't worry if you can't picture a 10-dimensional world. Our minds are accustomed to only three spatial dimensions and lack a frame of reference for the other six, says UW-Madison physicist Gary Shin, who led the new study. Though scientists use computers to visualize what these six-dimensional geometries could look like (see image), no one really knows for sure what shape they take.

The new Wisconsin work may provide a long-sought foundation for measuring this previously immeasurable aspect of string theory.

According to string theory mathematics, the extra dimensions could adopt any of tens of thousands of possible shapes, each shape theoretically corresponding to its own universe with its own set of physical laws.

For our universe, 'Nature picked one — and we want to know what that one looks like,' explains Henry Tye, a physicist at Cornell University who was not involved in the new research.

Shin says the many-dimensional shapes are far too small to see or measure through any usual means of observation, which makes testing this crucial aspect of string theory very difficult. 'You can theorize anything, but you have to be able to show it with experiments,' he says. 'Now the problem is, how do we test it?'

He and graduate student Bret Underwood turned to the sky for inspiration.

Their approach is based on the idea that the six tiny dimensions had their strongest influence on the universe when it itself was a tiny speck of highly compressed matter and energy — that is, in the instant just after the big bang.

'Our idea was to go back in time and see what happened back then,' says Shin. 'Of course, we couldn't really go back in time.'

Lacking the requisite time machine, they used the next-best thing: a map of cosmic energy released from the big bang. The energy, captured by satellites such as NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), has persisted virtually unchanged for the last 13 billion years, making the energy map basically 'a snapshot of the baby universe,' Shin says. The WMAP experiment is the successor to NASA's Cosmic Background Explorer (COBE) project, which garnered the 2006 Nobel Prize in physics.

Just as a shadow can give an idea of the shape of an object, the pattern of cosmic energy in the sky can give an indication of the shape of the other six dimensions present, Shin explains.

To learn how to read telltale signs of the six-dimensional geometry from the cosmic map, they worked backward. Starting with two different types of mathematically simple geometries, called warped throats, they calculated the predicted energy map that would be seen in the universe described by each shape. When they compared the two maps, they found small but significant differences between them.

Their results show that specific patterns of cosmic energy can hold clues to the geometry of the six-dimensional shape — the first type of observable data to demonstrate such promise, says Tye.

Though the current data are not precise enough to compare their findings to our universe, upcoming experiments such as the European Space Agency's Planck satellite should have the sensitivity to detect subtle variations between different geometries, Shin says.

'Our results with simple, well-understood shapes give proof of concept that the geometry of hidden dimensions can be deciphered from the pattern of cosmic energy,' he says. 'This provides a rare opportunity in which string theory can be tested.'

Technological improvements to capture more detailed cosmic maps should help narrow down the possibilities and may allow scientists to crack the code of the cosmic energy map — and inch closer to identifying the single geometry that fits our universe.

The implications of such a possibility are profound, says Tye. 'If this shape can be measured, it would also tell us that string theory is correct.'

پس از سال 1985 كم كم مشخص شد كه تئورى تار (ريسمان) تصوير كاملى نيست. اول آن كه مشخص شد كه تارها فقط يك عضو از دسته وسيعى از موضوعاتى هستند كه مى توان آنها را به بيش از يك بعد گسترش داد. پال تونسند كه همانند من يكى از اعضاى بخش رياضى كاربردى و فيزيك نظرى در كمبريج است و بسيارى از پژوهش هاى بنيادى اين حوزه را انجام داده است، نام پ-برين را براى آنها برگزيده است. هرپ-برين در جهت داراى طول است. بنابراين يك برين با تار است و برين با يك سطح يا غشا و به همين ترتيب تا آخر. به نظر مى رسد كه هيچ دليلى وجود ندارد كه تار هاى با را بر ساير مقدار هاى ممكن ترجيح دهيم. در عوض بايد اصل موكراسى را بپذيريم: تمام تارها به طور برابر ايجاد شده اند.

تمام تارها را مى توان به عنوان راه حل هايى براى معادلات نظريه هاى ابرگرانش در 10 يا 11 بعد در نظر گرفت. هر چند كه ابعاد 10 گانه يا 11 گانه با فضا زمانى كه درك مى كنيم، چندان شباهتى ندارد؛ اما در توجيه اين نكته گفته مى شود كه 6 يا 7 بعد ديگر چنان پيچ خورده و كوچك شده اند كه متوجه وجود آنها نمى شويم و فقط ? بعد باقيمانده را كه بزرگ و تقريباً مسطح هستند، درك مى كنيم.

لازم است يادآور شوم كه شخصاً از پذيرفتن ابعاد بالاتر چندان خرسند نبوده ام. اما از آنجا كه اثبات گرا هستم، پرسش «آيا ابعاد بالاتر واقعاً وجود دارند؟» بى معنى است. فقط مى توان پرسيد آيا مدل هاى رياضياتى با ابعاد بالاتر توصيف مناسبى از جهان ارائه مى دهد يا خير. ما تاكنون مشاهداتى نداشتيم كه براى تفسير آنها به وجود ابعاد بالاتر نيازى باشد. با اين همه اين احتمال وجود دارد كه اين ابعاد را در برخورد دهنده بزرگ هادرون كه در ژنو قرار دارد، مشاهده كنيم. اما آنچه كه بسيارى از افراد و از جمله مرا متقاعد ساخته است كه مدل هاى با ابعاد بالاتر را جدى تلقى كنند، آن است كه شبكه اى از ارتباط هاى غيرمنتظره كه دوگانگى ناميده مى شود، در اين مدل ها وجود دارد. اين دوگانگى ها نشان مى دهد كه مدل ها اصولاً معادل يكديگرند، به عبارت ديگر اين مدل ها جنبه هاى مختلف يك نظريه بنيادى هستند، كه نظريه ام-تئوري نام گرفته است.

اگر وجود اين شبكه از دو گانگى ها را نشانه اى از حركت در مسير صحيح ندانيم، تقريباً مثل آن است كه فكر كنيم خداوند فسيل ها را در صخره ها قرار داده است تا داروين در مورد تكامل حيات گمراه شود. اين دوگانگى ها نشان مى دهد كه 5 نظريه ابرتار مبانى فيزيكى يكسانى را بيان مى كند و از لحاظ فيزيكى معادل ابرگرانش است. نمى توان گفت كه ابر تارها بنيادى تر از گرانش است يا برعكس، ابر گرانش بنيادى تر از ابرتار. بلكه اين نظريه ها بيان هاى متفاوتى از يك نظريه بنيادى است كه هركدام از آنها براى محاسبه در موقعيت هاى مختلف مفيد واقع مى شوند. نظريه هاى تار براى محاسبه حوادثى كه هنگام برخورد چند ذره با انرژى بالا و تفرق آنها روى مى دهد، مناسب است زيرا فاقد بى نهايت ها است. با اين همه اين نظريه براى توصيف چگونگى تابدار شدن جهان به وسيله انرژى تعداد زيادى ذره يا تشكيل حالت محدود مثل سياهچاله فايده چندانى ندارد. براى چنين وضعيت هايى به ابر گرانش نياز است كه اصولاً از نظريه فضا زمان خميده اينشتين همراه با بعضى موضوع هاى ديگر تشكيل شده است. اين تصويرى از عمده مطالبى است كه پس از اين در مورد آنها صحبت خواهم كرد.

مناسب است براى تشريح اينكه چگونه تئورى كوآنتوم به زمان و فضا شكل مى دهد، ايده زمان موهومى را بيان كنيم. شايد به نظر برسد زمان موهومى برگرفته از داستان هاى علمى تخيلى باشد، اما زمان موهومى در رياضيات مفهومى كاملاً تعريف شده است: زمان موهومى زمانى است كه با اعداد موهومى سنجش مى شود. مى توان اعداد حقيقى معمولى همانند 1، 2، 5/3- و غيره را به صورت مكانشان روى خطى كه از چپ به راست امتداد دارد در نظر گرفت: صفر در وسط خط، اعداد حقيقى مثبت در سمت راست و اعداد منفى حقيقى در سمت چپ قرار دارند.

اعداد موهومى را مى توان به صورت مكانشان روى خط عمود در نظر گرفت: صفر باز هم در وسط خط قرار دارد، اعداد موهومى مثبت رو به بالا و اعداد موهومى منفى رو به پايين ترسيم مى شود. بنابراين اعداد موهومى را مى توان به صورت نوع جديدى از اعداد، عمود بر اعداد حقيقى معمولى در نظر گرفت. از آنجايى كه اين اعداد ساختارى رياضياتى هستند لازم نيست كه به طور فيزيكى تحقق يابند، هيچكس نمى تواند به تعداد عدد موهومى پرتقال داشته باشد يا صاحب يك كارت اعتبارى با صورت حساب اعداد موهومى باشد.

ممكن است كسى فكر كند كه اين گفته ها به اين معنى است كه اعداد موهومى فقط يك بازى رياضى است كه با دنياى واقعى كارى ندارد. با اين همه از ديدگاه فلسفه اثبات گرا نمى توان تعيين كرد كه چه چيزى واقعى است. تنها كارى كه مى توانيم انجام دهيم اين است كه دريابيم كدام مدل هاى رياضى جهانى را كه در آن زندگى مى كنيم، توصيف مى كند. معلوم مى شود كه مدل رياضياتى شامل زمان موهومى نه تنها آثارى را كه پيش از اين مشاهده كرديم، پيش گويى مى كند، بلكه آثارى را پيش گويى مى كند كه تاكنون نتوانسته ايم اندازه گيرى كنيم، ولى به دلايل ديگر، آنها را باور داشتيم. پس چه چيز واقعى و چه چيز موهومى است؟ آيا اين دو فقط در ذهن ما متمايز از يكديگرند؟

نظريه نسبيت عام كلاسيك (يعنى غير كوآنتومى) اينشتين زمان واقعى را با سه بعد ديگر فضا ادغام مى كند تا فضا زمان چهار بعدى را به وجود آورد.اما جهت زمان واقعى با سه جهت ديگر زمان تفاوت داشت؛ خط جهانى يا تاريخ يك ناظر در زمان واقعى هميشه افزايش مى يابد (به عبارت ديگر زمان هميشه از گذشته به سوى آينده حركت مى كند.) ولى سه بعد ديگر فضا هم مى توانند كاهش يابند و هم افزايش به عبارت ديگر مى توان در فضا تغيير جهت داد اما نمى توان در خلاف جهت زمان حركت كرد.

از طرف ديگر، از آنجايى كه زمان موهومى عمود بر زمان واقعى است، همانند جهت فضايى چهارم رفتار مى كند و بنابراين زمان موهومى می تواند شامل احتمال هايى بيش از مسير راه آهن زمان واقعى باشد كه داراى آغاز و پايان است يا روى يك مسير بسته حركت مى كند. با توجه به اين مفهوم موهومى است كه مى گوييم زمان داراى شكل است.

How do we know that M-theory on a circle gives the IIA superstring, and not the IIB or Heterotic superstrings? The answer to this question comes from a careful analysis of the massless fields that we get upon compactification of 11-dimensional supergravity on a circle. Another easy check is that we can find an M-theory origin for the D-brane states unique to the IIA theory. Recall that the IIA theory contains D0,D2,D4,D6,D8-branes as well as the NS fivebrane. The following table summarizes the situation:

 آيا نسخه دومي از شما ، يك رونوشت از خود شما وجوددارد كه همين الان مشغول خواندن اين مقاله باشد؟

آيا شخصي ديگر با اينكه شما نيست، روي سياره اي به نام زمين با كوه هاي مه گرفته ، مزارع حاصل خيز و شهرهاي بي در و پيكر در منظومه خورشيدي كه هشت سياره ديگر نيز دارد، زندگي مي كند؟

آيا زندگي اين شخص از هر لحاظ درست عين زندگي شما بوده است؟

اگر جوابتان مثبت است ، شايد در اين لحظه او تصميم بگيرد اين مقاله را تا همين جا رها كند در حالي كه شما به خواندن مقاله تا انتها ادامه خواهيد داد.

نظريه جهان هاي موازي

انديشه وجود يك خود ديگر نظير آنچه كه در بالا شرح آن رفت عجيب و غير معقول به نظر مي رسد، اما آنگونه كه از قرائن بر مي آيد انگار مجبوريم آن را بپذيريم. زيرا مشاهدات نجومي از اين انديشه غير مادي پشتيباني مي كنند. بنابر اين پيش بيني ساده ترين و پر طرافدار ترين الگوي كيهان شناسي كه امروزه وجود دارد، اين است كه هر يك از ما يك جفت (همزاد) داريم كه در كهكشاني كه حدود 280 ^ 10 متر دورتر از زمين قراردارد، زندگي مي كنند .

اين مسافت آنچنان زياد است كه بطور كامل خارج از هر گونه امكان بررسي هاي نجومي است اما اين امر واقعيت وجود نسخه دوم ما را كمرنگ نمي كند. اين مسافت بر اساس نظريه احتمالات مقدماتي برآورده شده و حتي فرضيات خيالپردازانه فيزيك نوين را نيز در بر نگرفته است .

فضاي بيكران

اينكه فضا بيكران است و تقريبا بطور يكنواخت از ماده انباشته شده است، چيزي كه مشاهدات هم آن را تأييد مي كنند. در فضاي بي كران حتي غير محتمل ترين رويدادها نيز بالاخره در جايي ، اتفاق خواهند افتاد.

در اين فضا ، بينهايت سياره مسكوني ديگر وجود دارد، كه نه تنها يكي بلكه تعداد بيشماري از آنها مردماني دارند كه شكل ظاهري ، نام و خاطرات آنها دقيقا همان هاست كه ما داريم. به ساكناني كه تمامي حالت هاي ممكن ار گزينه هاي موجود در زندگي ما را تجربه مي كنند. من و شما احتمالا هرگز "خود" هاي ديگران را نخواهيم ديد .

وسعت عالم

دورترين فاصله اي كه ما قادر به ديدن آن هستيم، مسافتي است كه نور در مدت 14 ميليارد سال كه از انفجار بزرگ و آغاز انبساط عالم سپري شده است، طي مي كند. دورترين اجرام مرئي هم اكنون حدود 26^10×4 متر دور تر از زمين قرار دارند. اين فاصله كه عالم قابل مشاهده توسط ما را تعريف مي كند.

به طور مشابه ، عالم هاي خود هاي ديگر ما كراتي هستند به همين اندازه ، كه مركزشان روي سياره محل سكونت آنهاست. چنين تركيبي ساده ترين و سر راست ترين نمونه از جهان هاي موازي است. هر جهان تنها بخشي كوچك از "جهان چند گانه" بزرگتر است.

جدال فيزيك و متا فيزيك

با اين تعريف از جهان ممكن است شما تصور كنيد كه مفهوم جهان چند گانه تا ابد در محدوده قلمرو متا فيزيك باقي خواهد ماند. اما بايد توجه داشت كه مرز ميان فيزيك و متا فيزيك را اين مسأله كه يك نظريه از لحاظ تجربه قابل آزمون است، يا خير تعيين مي كند نه اين موضوع كه فلان نظريه شامل انديشه هاي غريب و ماهيت هاي غير قابل مشاهده است .

مرز هاي فيزيك به تدريج با گذر زمان فراتر رفته و اكنون مفاهيمي است بسيار انتزاعي تر نظير زمين كروي ، ميدان الكترو مغناطيسي نامرئي ، كند شدن گذر زمان در شرعتهاي بالا ، برهم نهي كوانتومي ، فضاي خميده و سياهچاله ها را در بر گرفته است. طي چند سال گذشته مفهوم جهان چند گانه نيز به اين فهرست اضافه شده است .

پايه اين انديشه بر نظرياتي است كه امتحان خو را به خوبي پس داده اند. نظرياتي همچون نسبيت و نظريه مكانيك كوانتومي ، افزون بر آن به دو قاعده اساسي علوم تجربي نيز وفادار است. كه پيش بيني مي كنند و مي توانند آن را دستكاري نمايند .

انواع جهان هاي موازي

دانشمندان تاكنون چهار نوع جهان موازي متفاوت را تشريح كرده اند. هم اكنون پرسش كليدي وجود يا عدم جهان چند گانه نيست ، بلكه سوال بر سر تعداد سطوحي است كه چنين جهان مي توان داشته باشد .

يكي از نتايج متعدد مشاهدات كيهان شناسي اخير اين بوده است كه جهان هاي موازي ديگر مفهومي خيالپردازانه و انتزاعي صرف نيست. به نظر مي رسد كه اندازه فضا بينهايت است. اگر اين گونه باشد، بالاخره در جايي از اين فضا هر چيزي كه امكان پذير باشد واقعيت خواهد يافت. اصلاً مهم نيست كه امكان پذيري آن تا چه حد نامتحمل است

فراسوي محدوده ديد تلسكوپ هاي ما ، نواحي ديگري از فضا كاملا شبيه آنچه كه پيرامون ماست وجود دارند آن نواحي يكي از انواع جهان هاي موازي هستند. دانشمندان حتي مي توانند محاسبه كنند كه اين جهان ها بطور متوسط چقدر با ما فاصله دارند و مهم تر از همه اينكه تمامي اينها فيزيك حقيقي و واقعي است .

زماني كه كيهان شناسان با نظرياتي روبرو مي شوند كه از استحكام لازم برخوردار نيستند، نتيجه مي گيرند كه جهان هاي ديگر مي توانند ويژگيها و قوانين فيزيكي كاملا متفاوتي داشته باشند. وجود اين جهان ها بسياري از جنبه هاي پرسش بنيادي در خصوص ماهيت زمان و قابل درك بودن جهان فيزيكي را پاسخ داد. 

We have reached an extraordinary point in the history of science, for some physicists believe they are now on the verge of having a single theory that will unite all of their science under one mathematical umbrella. In particular this theory would unify the two great bastions of twentieth century physics - the general theory of relativity and quantum theory. Since general relativity describes the large scale, or cosmological, structure of the universe, and quantum theory describes the microscopic, or subatomic, structures, the unification of these theories would explain both the very big and the very small. This theory is often referred to as a "theory of everything".

In particular this theory would unify our understanding of all the fundamental physical forces in our universe. There are four such forces that physicists know of: gravity (which keeps planets revolving around their suns, and is responsible for the formation of stars and galaxies), the electromagnetic force (which is responsible for light, heat, electricity, and magnetism; and which is also responsible for holding atoms together), the weak nuclear force (which acts inside atomic nuclei, and is responsible for a certain kind of radioactive decay), and the strong nuclear force (which holds together the protons and neutrons in atomic nuclei, and is therefore crucial to the stability of matter). At the moment, physicists have separate theories for each of these forces, but they would like one unified theory of all four. That goal has partly been realized in that they now have a theory which unifies two of these forces - the electromagnetic and weak forces - but unifying all four is proving to be extremely difficult. Nonetheless, most TOE physicists are confident this goal will be realized in the next few decades.

Theoretical physicist, Steven Weinberg, who played a major role in unifying the electromagnetic and weak forces (for which he was awarded the Noble Prize, along with colleagues Abdul Salam and Sheldon Glasgow), has called a theory of all four forces "a final theory." When physicists find this theory, he and others have suggested, then physics will have effectively achieved its end. Now the entire physical universe would be encompassed by a set of equations - or perhaps just one equation. But the question would still remain, what would that equation mean?

                    http://www.osti.gov/                                      

The Standard Model

In the standard model of particle physics, particles are considered to be points moving through space, tracing out a line called the World Line. To take into account the different interactions observed in Nature one has to provide particles with more degrees of freedom than only their position and velocity, such as mass, electric charge, color (which is the "charge" associated with the strong interaction) or spin.

The standard model was designed within a framework known as Quantum Field Theory (QFT), which gives us the tools to build theories consistent both with quantum mechanics and the special theory of relativity. With these tools, theories were built which describe with great success three of the four known interactions in Nature: Electromagnetism, and the Strong and Weak nuclear forces. Furthermore, a very successful unification between Electromagnetism and the Weak force was achieved (Electroweak Theory), and promising ideas put forward to try to include the Strong force. But unfortunately the fourth interaction, gravity, beautifully described by Einstein's General Relativity (GR), does not seem to fit into this scheme. Whenever one tries to apply the rules of QFT to GR one gets results which make no sense. For instance, the force between two gravitons (the particles that mediate gravitational interactions), becomes infinite and we do not know how to get rid of these infinities to get physically sensible results.

String Theory

In String Theory, the myriad of particle types is replaced by a single fundamental building block, a `string'. These strings can be closed, like loops, or open, like a hair. As the string moves through time it traces out a tube or a sheet, according to whether it is closed or open. Furthermore, the string is free to vibrate, and different vibrational modes of the string represent the different particle types, since different modes are seen as different masses or spins.

One mode of vibration, or `note', makes the string appear as an electron, another as a photon. There is even a mode describing the graviton, the particle carrying the force of gravity, which is an important reason why String Theory has received so much attention. The point is that we can make sense of the interaction of two gravitons in String theory in a way we could not in QFT. There are no infinities! And gravity is not something we put in by hand. It has to be there in a theory of strings. So, the first great achievement of String Theory was to give a consistent theory of quantum gravity, which resembles GR at macroscopic distances. Moreover String Theory also possesses the necessary degrees of freedom to describe the other interactions! At this point a great hope was created that String Theory would be able to unify all the known forces and particles together into a single `Theory of Everything'.

From Strings to Superstrings

The particles known in nature are classified according to their spin into bosons (integer spin) or fermions (odd half integer spin). The former are the ones that carry forces, for example, the photon, which carries electromagnetic force, the gluon, which carries the strong nuclear force, and the graviton, which carries gravitational force. The latter make up the matter we are made of, like the electron or the quark. The original String Theory only described particles that were bosons, hence Bosonic String Theory. It did not describe Fermions. So quarks and electrons, for instance, were not included in Bosonic String Theory.

By introducing Supersymmetry to Bosonic String Theory, we can obtain a new theory that describes both the forces and the matter which make up the Universe. This is the theory of superstrings. There are three different superstring theories which make sense, i.e. display no mathematical inconsistencies. In two of them the fundamental object is a closed string, while in the third, open strings are the building blocks. Furthermore, mixing the best features of the bosonic string and the superstring, we can create two other consistent theories of strings, Heterotic String Theories.

However, this abundance of theories of strings was a puzzle: If we are searching for the theory of everything, to have five of them is an embarrassment of riches! Fortunately, M-theory came to save us.

Extra dimensions...

One of the most remarkable predictions of String Theory is that space-time has ten dimensions! At first sight, this may be seen as a reason to dismiss the theory altogether, as we obviously have only three dimensions of space and one of time. However, if we assume that six of these dimensions are curled up very tightly, then we may never be aware of their existence. Furthermore, having these so-called compact dimensions is very beneficial if String Theory is to describe a Theory of Everything. The idea is that degrees of freedom like the electric charge of an electron will then arise simply as motion in the extra compact directions! The principle that compact dimensions may lead to unifying theories is not new, but dates from the 1920's, since the theory of Kaluza and Klein. In a sense, String Theory is the ultimate Kaluza-Klein theory.

For simplicity, it is usually assumed that the extra dimensions are wrapped up on six circles. For realistic results they are treated as being wrapped up on mathematical elaborations known as Calabi-Yau Manifolds and Orbifolds.

M-theory

Apart from the fact that instead of one there are five different, healthy theories of strings (three superstrings and two heterotic strings) there was another difficulty in studying these theories: we did not have tools to explore the theory over all possible values of the parameters in the theory. Each theory was like a large planet of which we only knew a small island somewhere on the planet. But over the last four years, techniques were developed to explore the theories more thoroughly, in other words, to travel around the seas in each of those planets and find new islands. And only then it was realized that those five string theories are actually islands on the same planet, not different ones! Thus there is an underlying theory of which all string theories are only different aspects. This was called M-theory. The M might stand for Mother of all theories or Mystery, because the planet we call M-theory is still largely unexplored.

There is still a third possibility for the M in M-theory. One of the islands that was found on the M-theory planet corresponds to a theory that lives not in 10 but in 11 dimensions. This seems to be telling us that M-theory should be viewed as an 11 dimensional theory that looks 10 dimensional at some points in its space of parameters. Such a theory could have as a fundamental object a Membrane, as opposed to a string. Like a drinking straw seen at a distance, the membranes would look like strings when we curl the 11th dimension into a small circle.

Black Holes in M-theory

Black Holes have been studied for many years as configurations of spacetime in General Relativity, corresponding to very strong gravitational fields. But since we cannot build a consistent quantum theory from GR, several puzzles were raised concerning the microscopic physics of black holes. One of the most intriguing was related to the entropy of Black Holes. In thermodynamics, entropy is the quantity that measures the number of states of a system that look the same. A very untidy room has a large entropy, since one can move something on the floor from one side of the room to the other and no one will notice because of the mess - they are equivalent states. In a very tidy room, if you change anything it will be noticeable, since everything has its own place. So we associate entropy to disorder. Black Holes have a huge disorder. However, no one knew what the states associated to the entropy of the black hole were. The last four years brought great excitement in this area. Similar techniques to the ones used to find the islands of M-theory, allowed us to explain exactly what states correspond to the disorder of some black holes, and to explain using fundamental theory the thermodynamic properties that had been deduced previously using less direct arguments.

Many other problems are still open, but the application of string theory to the study of Black Holes promises to be one of the most interesting topics for the next few years.

تا کنون تنها چهار نوع از میدانهای نیرو کشف شده اند : گرانش ، الکترومغناطیسی ، نیروی هسته ای قوی و ضعیف. که هر یک ذرات خاص خود را دارند : به ترتیب گراویتونها ، فوتونها ، گلئونها و بوزونهای Z و W. هر نوع نیرو مطابق با نوعی پرتو است. هر چند دوتا از آن پرتوها ، پرتو گرانشی و الکترومغناطیسی در فاصله ای بسیار بزرگتر از ابعاد هسته اتمی انتشار می یابند. در هر مرحله ، ذره ، پرتو یا نیروهای زمینه ای مختلف از وجود فیزیکی مربوطه را بازگو می کنند.

گرانش ساده ترین نیروست و برای جفت شدن فقط به حضور انرژی نیاز دارد. بنابراین گرانش صورتهای انرژی را به صورتهای دیگر تبدیل می کند (این شامل هر دو میدان نیرو و ماده می گردد). هر ذره از هر نوعی که باشد ، به این دلیل که برای وجود باید انرژی منتقل کند ، یک نیروی گرانشی احساس می کند. این نیرو برای تمامی شکلها ماده ، به صورت گرانی است. نیروی گرانشی ، تمایل به حرکت دادن اجسام به سوی یکدیگر دارد ـ تا کنون هیچ نوع گرانش منفی مشاهده نشده است. اگر چه در برخی حالتها از نظر فیزیکی امکان پذیر است و چنین به نظر میرسد که به صورت بحرانی در آغاز انفجار بزرگ با اهمیت بوده است. در نهایت باید گفت که این نیرو دارای بعد طولانی است. مهم نیست که اجسام چقدر از هم فاصله دارند ، گرانش آنها را با هم جفت میکند. به همین دلیل گرانش مهمترین نیرو در میان اجسام بسیار بزرگ است. که حتی در میان خورشید و سیاراتش  و همچنین در داخل کهکشانها ، این نیرو وجود دارد ؛ و همچنین ، گرانش انبساط جهان را نیز تحت کنترل خویش دارد.

گرانش نخستین نیرو با یک رابطه دقیق ریاضی بود ؛ قانون جهانی گرانش نیوتن نشان داد که همان نیرو (گرانی) سقوط سیب به سطح زمین ، سقوط دائمی ماه و سقوط سیارات در مدارشان را تحت کنترل دارد. پرتو گرانش ، یعنی امواج گرانشی به صورت مستقیم کشف نشده اند ، هر چند که انرژی از دست رفته آن به صورت غیر مستقیم اندازه گیری می شود.

الکترومغناطیسی نیرویی است پیچیده تر از گرانش ؛ به منظور جفت شدن با این نیرو ، به بار الکتریکی نیاز است. بر خلاف انرژی که تمام ذرات دارای آن هستند ، بار الکتریکی خصوصیتی است که برخی از ذرات دارند و بقیه فاقد آن می باشند. از آنجا که برخی از انواع ماده از نظر الکتریکی خنثی هستند ، هیچ نیروی الکتریکی را احساس نمی کنند. همچنین بار الکتریکی با دو علامت مثبت و منفی ظاهر می شود که اگر هر دو از نظر عددی به یک اندازه باشند  ، یکدیگر را خنثی می کنند. نیروی الکتریکی میان ذرات می تواند از نوع گرانی باشد (برای بارهای مخالف) یا از نوع دافعه باشد (برای بارهای موافق). نیروهای مغناطیسی که همانند نیروهای الکتریکی در نهاد و وجود اجسام قرار دارند ، اگر دارای حرکت بارها باشند ، زیاد می شوند. همانند جریان الکتریکی منظم در داخل یک سیم پیچ یا اتمهایی که در سوزن یک قطب نما ، در یک راستا قرار گرفته اند. نیروهای الکترومغناطیسی همانند گرانشی ، در فواصل زیاد عمل می کنند. میدانهای الکترومغناطیسی بر روی بادهای خورشیدی و پرتوهای کیهانی [و آب و هوای زمین] تاثیر می گذارند. آنها در بین کهکشانها گسترش می یابند ، شکل گیری ستارگان را کنترل می کنند و اصل و خاستگاه اصلی انرژی از سیاهچاله ها را کاتالیزه می نمایند.

تمامی نوری که شامل پرتوها از رادیو موج در میان نور مرئی تا اشعه ایکس است ، از جنبش میدانهای الکترومغناطیسی تشکیل شده است. واقعیت شگفت آوری که در قرن نوزدهم صریحا ً توضیح داده شد ، همین مورد بود. تمام اختلافات آشکار میان انواع گوناگون پرتوها تنها از چگونگی سریع یا کند جنبیدن الکترونها ، فرکانس و یا طول موج نور نشات می گیرند. باید توجه کرد که نور در ذات خود از نظر الکتریکی باردار نیست و فقط با بار الکتریکی جفت می شود. نور از همان میدانهای الکترومغناطیسی شکل یافته است که عقربه قطب نما را می گردانند و موهای سر شما را به صورت ایستاده نگه میدارند. همین حضور و حرکت اجسامی که بار الکتریکی دارند ، این میدانها را ایجاد می کند.

الکترومغناطیس به همراه قوانین مکانیک کوانتومی ، ساختار ابرهای الکترونی که بیشتر توده های اتمی را در مواد معمولی بوجود آورده اند ، مشخص می کند. این نیرو همچنین رفتار شیمیایی تمام اتمها و مولکولها و چیزهایی را که ما از آنها درست شده ایم تحت کنترل خود دارد.

نیروی قوی که همچنین نیروی «رنگ دینامیکی» نیز نامیده میشود ، از نظر ریاضی پیچیده ترین نیروهاست. اگر چه این نیرو ، اعتبار مهمی برای ساختن ماده دارد ، در زندگی روزمره به طور مستقیم و واضح درک نمی شود. نیروی قوی بر خلاف بار الکتریکی منفرد ، با یک «بار قوی» مرکب و پیچیده که «رنگ» نامیده میشود ، جفت می گردد و در سه نوع مختلف می باشد : R (قرمز) G (سبز) و B  (آبی). این بارها می توانند در یک ذره منفرد با یکدیگر ترکیب شوند و نیرو به این ترکیب بستگی دارد. نیروهای قوی می توانند از نوع جاذبه یا دافعه باشند. آنها حتی می توانند یک جانبه باشند. در بعضی جهات اغلب توام و در برخی جهات دیگر جدا از هم هستند. نظر به اینکه تنها یک فوتون وجود دارد (و آن یک نوع پرتو الکترومغناطیسی است) ، رنگهای مختلف تنها در بسامد با هم اختلاف دارند. هشت نوع متمایز از گلئونها نیروی قوی را تشکیل می دهند ، هشت نوع مختلف از «نور قوی» بر خلاف فوتونها. گلئونها خودشان بارهای رنگی را که با آنها جفت شده اند ، حمل می کنند. به دلیل اینکه فوتونها از نظر الکتریکی خنثی هستند ، دو پرتو نور به راحتی از میان یکدیگر عبور می کنند. نور هرگز از خود روشنایی ساطع نمی کند و تنها ماده می تواند این کار را انجام دهد. ولی گلئونها از نشر دیگر گلئونها به دست می آیند و خود همیشه گلئونهای دیگری را منتشر می سازند. این «خود واکنشی» ، نیروهای گلئونی موثری را در یک محدوده کوچک به وجود می آورند. آنها هیچ گاه از هم دور نمی شوند و به فواصل دور نمی روند. نیروهای قوی همیشه به خنثی کردن یکدیگر اقدام می کنند. این نیرو تنها در فواصل کوچک و انرژی ذره ای بالا عمل می کنند. این نیرو اندازه ها و اشکال  هسته اتمها و اجتماعات کوچک نوترونها و پروتونها (نوکلئونها) در مرکز اتمها را کنترل می کند. هسته اتم بیشتر جرم اتم را شامل می شود ؛ در واقع بیشتر جرم ، از انرژی گلو ئونیک درست شده است. این مطلب غیر منتظره به نظر می رسد که ما گلوئونها ـ را که ماده نیستند و نیرو می باشند ـ به عنوان تشکیل دهنده بیشتر جرم اجسام تلقی کنیم. ذهن ما چقدر آرامش می باید که مرزهای ناشناخته طبیعت را بپذیرد!! نیروی قوی مشخص می کند که هسته کدامین اتمها در طبیعت به طور پایدار وجود دارند و کدام عناصر شیمیایی می توانند وجود داشته باشند.

نیروی ضعیف ، با بار پیچیده و به خصوصی جفت می شود که « هم اسپین» ضعیف نام دارد. این نام پس از مشاهده رفتار یک اسپین وابسته به ریاضی برگزیده شد. بر خلاف گراویتونها ، فوتونها و گلئونها و بوزونهای W و Z که نیروی ضعیف را منتقل می کنند ، جرم دارند که به این نیرو یک برد بسیار کوتاهی می دهد. در واقع آنقدر کوتاه که واکنشهای ضعیف کاملا ً به ندرت اتفاق می افتند و پرتو تولید شده از ذرات Wو Z حتی نمی توانند به اندازه کافی حرکت کنند تا از یک هسته اتمی بگذرند. اگر چه نیروی ضعیف ، ظریف و کند است ، بسیار حائز اهمیت می باشد ؛ چرا که ذرات را در میان اشکال مختلف و تقریبا ً پایدار تغییر شکل می دهد (به عنوان مثال از نوترون به پروتون). این گونه نابودی ، ترکیب هسته را تغییر می دهد و یک عنصر را بع دیگری متحول می گرداند ؛ پرتوزایی تریتیوم که به عقربه های ساعت نیرو و توان می دهد ، در حال نابودی از یک شکل هیدروژن سنگین به یک ایزوتوپ سبکتر هلیوم می باشد.

شباهتهایی که در میان صفات این نیروها به چشم میخورد ، شاید یک عمومیت ژرفتری از آن چیزی را که تحت الشعاع خود دارند ، منعکس کنند. در سطحی فراتر از دانش ، تمامی نیروها ممکن است در نهایت به عنوان صورتهای مختلف یک نیروی واحد و منفرد شناخته شوند. در واقع مثل همان ارتباطی که پیش از میان نیروی الکترومغناطیسی و نیروی ضعیف ظاهر گردید و هر دو بعنوان نیروی « الکتروضعیف»  با هم متحد شدند. تقارن بنیادین میان این نیروها هم اکنون بعلت پدیده ای که «شکست تقارن اسپوتانئوس» نامیده می شود ، قابل مشاهده است که مجموعه میدانها را وادار به قرار گرفتن در سطح کمترین انرژی هدایت می کند که این سطح تقارن میان نیروها را رعایت نمی کند. در چنین وضعیتی ، برخی از میدانهای الکتروضعیف شبیه به فوتونها و میدانهای دیگر همانند بوزونهای سنگین Wو Z هستند.

فرآیند فرعی مورد علاقه در طی این شکست تقارن این است که به ذرات جرم سکون می بخشد که در غیر اینصورت ، بی جرم خواهند بود ؛ همانند الکترون. هم اینک نظریه های زیادی برای وحدت و یگانگی با شکوه تر نیروها وجود دارند. نظریه های عمده وحدت ، متوجه اتحاد میان نیروهای قوی و الکتروضعیف بوسیله همان طرح رایج برای یگانگی الکتروضعیف هستند. به نظر می رسد که وحدت با نیروی گرانش خیلی مشکلتر باشد و شاید مستلزم اتحاد نیروها با ماده باشد. در واقع این برای نیرویی مناسب است که با تمامی صورتهای انرژی جفت گردد.