विज्ञानको अन्तिम लक्ष्य सम्पूर्ण विश्वको एकता हो । यो लक्ष्य प्राप्त गर्नका लागि विज्ञान निरन्तर अगाडि बढिरहेको छ । विज्ञानको इतिहासमा विभिन्नताहरुलाई एकतामा ल्याउने प्रयत्नहरु समय–समयमा भएका छन् । यी प्रयत्नहरुमध्ये अल्बर्ट आइन्स्टाइनको एकीकृत क्षेत्र–सिद्धान्तलाई सर्वाधिक महत्वपूर्ण मानिएको छ । कारण यसले नै विश्वको एकताका लागि मार्ग प्रशस्त गरेको थियो ।

सम्पूर्ण विश्वका विविधताहरुलाई एकतामा ल्याउने वैज्ञानिक प्रयत्नलाई एकीकृत सिद्धान्त नामकरण गरिएको छ । एकीकृत सिद्धान्तको एउटा अर्थ प्रकृतिका चार प्रमुख बलहरु (गुरुत्व बल, विद्युतचुम्बकीय बल, प्रबल र दुर्वल) लाई एकीकरण गर्नु हो । यसको अर्को अर्थ वर्तमान विज्ञानका दुई प्रमुख सिद्धान्तहरु (सापेक्षताको सिद्धान्त र क्वाण्टम सिद्धान्त) लाई एकीकरण गर्नु हो । यी दुवै कार्यहरुबाट सम्पूर्ण विश्वको एकताको लक्ष्य प्राप्त हुन्छ । त्यसकारण यही प्रयत्न गरियो ।
एकीकृत सिद्धान्तको विकास चार चरणमा भएको छ । तिनीहरु हुन्– (१) एकीकृत क्षेत्र–सिद्धान्त, (२) बृहत एकीकृत सिद्धान्त, (३) तार–सिद्धान्त, र (४) मातृ–सिद्धान्त (M- theory) ।

१) एकीकृत क्षेत्र–सिद्धान्त (Unified Field Theory)

आफ्नो जीवनको अन्तिम समयमा अल्बर्ट आइन्स्टाइनको लक्ष्य एकीकृत क्षेत्र सिद्धान्तलाई सूत्रबद्ध गर्नु थियो । सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त सफल भएपछि त्यलाई प्रकृतिका अन्य क्षेत्रहरु तथा विशेषताहरुमा विस्तार गर्ने प्रयत्न गर्ने कुरा स्वाभाविक थियो । सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्तले गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रको व्याख्या र यो ब्रह्माण्डको ज्यामितीय स्वरुपको वर्णन गर्दछ ।

तर एउटा अर्को क्षेत्र पनि छ, जसले भिन्न स्तरमा काम गर्दछ । त्यो हो– विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र । विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रले आवेशयुक्त कणहरु र तिनीहरुको अन्तक्र्रियालाई नियमन-शासन गर्दछ । प्रसिद्ध स्कटिश वैज्ञानिक तथा गणितज्ञ जेम्स क्लर्क म्याक्सवेलको सिद्धान्तले यो क्षेत्रको व्याख्या गरेको छ । आइन्स्टाइनले के विश्वास गरे भने उनको सापेक्षताको सामान्य सिद्धान्तले विद्युत–चुम्बकीय क्षेत्रलाई समेट्दछ ।

वास्तवमा यी दुई क्षेत्रहरुको बीचमा धेरै समानताहरु छन् । दुवै क्षेत्रहरुको स्रोत पदार्थ हो, दुवैको दूरी असीमित छ र दुवैको बल दूरीको अनुपातमा घट्दछ । यी समानताहरुका बाबजुद यिनीहरुको बीचमा महत्वपूर्ण भिन्नताहरु पनि छन् । विद्युतचुम्बकीय क्षेत्र गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रभन्दा १०३७ गुना प्रबल छ । यसबाहेक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रका दुई स्रोतहरु छन्– धनात्मक र ऋणात्मक स्रोत । परिणामस्वरुप यसमा आकर्षण र विकर्षण दुवै हुन्छन् । तर गुरुत्व क्षेत्र आकर्षण मात्र हुन्छ । यी क्षेत्रहरुको बीचमा अर्को रोचक भिन्नता के छ भने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रलाई छेक्न सकिन्छ अथवा यसलाई रोक्न सकिन्छ । तर गुरुत्व क्षेत्रलाई कुनै कुराले रोक्न अथवा क्षेत्रलाई कुनै कुराले रोक्न अथवा छेक्न सक्दैन ।

वास्तवमा आइन्स्टाइनलाई यो सबै कुरा थाहा थियो तर पनि यसले उनलाई रोक्न सकेन । कुनै एउटा स्तरमा यी दुई क्षेत्रहरु सम्बन्धित छन् भन्ने कुरामा उनी विश्वस्त थिए । यद्यपि आइन्स्टाइन आफ्नो सिद्धान्तलाई कसरी विस्तार गर्न सकिन्छ भन्ने सम्बन्धमा सोचिरहेका थिए तर एकीकृत क्षेत्र सिद्धान्त प्रस्तुत गर्ने पहिलो व्यक्ति उनी थिएनन् । आइन्स्टाइनको सिद्धान्तलाई विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र समाविष्ट हुने गरी समान्यीकरण गर्ने पहिलो व्यक्ति स्विजरल्याण्डका हर्मन वेल थिए । वेलले सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्तबारे एउटा सरल पाठ्यपुस्तक लेखेका थिए । त्यो पुस्तक यति पूर्ण र आकर्षक थियो कि त्यसले वैज्ञानिकहरुलाई चकित पा¥यो र त्यसबाट आइन्स्टाइन पनि अत्यन्तै प्रभावित भए । त्यो पुस्तक प्रकाशन भएको केही समयपछि वेलले बक्र स्थानमा चल्दा लम्बाइ र दिशाको संरक्षण हुँदैन भन्ने अवधारणाद्वारा सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्तलाई विस्तार गरे । उनले आफ्नो सिद्धान्त प्रसियाको विज्ञान प्रतिष्ठानमा प्रस्तुत गरिदिन आग्रह गरेर आइन्स्टाइनलाई पठाए । त्यो सिद्धान्तबाट आइन्स्टाइन प्रभावित भए, तर त्यसको विस्तृत अध्ययन गरेपछि उनले एउटा कमजोरी भेट्टाए । यदि दूरी बदलियो भने समय पनि बदलिन्छ र यसको अर्थ के हुन्छ भने एउटा कणको इतिहासले त्यसका गुणहरुलाई प्रभावित गर्दछ । संक्षेपमा भन्दा यदि कणहरुले एउटै बिन्दुमा पुग्नका लागि अलग–अलग मार्गहरु लिन्छन् भने तिनीहरु अलग–अलग कम्पन आवृतिहरुमा अन्त्य हुन्छन् । यो कुरा आकृतिमा हुँदैन भन्ने सुनिश्चित थियो ।

आइन्स्टाइन अब झन् गुरुत्व क्षेत्र र विद्युतचुम्बकीय क्षेत्रलाई एकतामा ल्याउन सकिन्छ भन्ने कुरामा विश्वस्त भए । वेलको विचार गलत भए पनि त्यो मौलिक थियो । त्यसलाई पछि क्वाण्टम सिद्धान्तमा प्रयोग गरियो । आइन्स्टाइनलाई के विश्वास थियो भने अरु मौलिक दृष्टिकोणहरु पनि अवश्य छन् र तिनीहरुमध्ये एउटाले काम गर्छ । तर उनले आफ्नो सिद्धान्त सूत्रबद्ध गर्नुभन्दा पहिले अर्को एउटा सिद्धान्त आयो । त्यो सिद्धान्त ल्याउने व्यक्ति जर्मन गणितज्ञ थ्योडोर केलुजा थिए । उनले सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्तलाई विस्तार गर्ने अर्को विधि ल्याए । केलुजाले सामान्य सापेक्षताका समीकरणहरुलाई चार–आयामको सट्टा पाँच–आयाममा बनाए । त्यसो गर्दा बनेका नयाँ समीकरणहरु म्याक्सवेलका विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रका समीकरणहरुसँग समान थिए । त्यसबाट के देखियो भने गुरुत्व क्षेत्र र विद्युतचुम्बकीय क्षेत्र एकीकृत भए ।

केलुजाको विधिबाट आइन्स्टाइन आश्चर्यचकित भए र उनलाई एकपटक फेरि त्यो ठूलो छलाङ्ग हो भन्ने लाग्यो । तर उनले छिट्टै त्यो सिद्धान्तमा समस्याहरु छन् भन्ने कुरा पत्ता लगाए । सर्वप्रथम त त्यसले इलेक्ट्रोन र प्रोटोनका पिण्ड र आवेशको भविष्यवाणी गर्दैनथ्यो । त्यसैगरी अतिरिक्त आयामको अर्थको कुरा पनि थियो । हामीले हाम्रो विश्वमा चार आयामहरु मात्र देख्दछौं । अतिरिक्त आयामले (पाँचौं आयामले) भौतिक रुपमा केलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ ? तर पनि सन् १९२६ मा स्वेडेनका गणितज्ञ तथा वैज्ञानिक ओस्कार क्वलाइनले अतिरिक्त आयामको एउटा तार्किक व्याख्या प्रस्तुत गरे । उनले के बताए भने त्यो बेरिएको छ र यति सानो छ कि त्यसलाई देख्न सकिँदैन । अन्ततः सन् १९२५ मा आइन्स्टाइनले आफ्नो एउटा सिद्धान्तको निर्माण गरे, जुन पहिलेका अन्य सिद्धान्तको निर्माण गरे, जुन पहिलेका अन्य प्रयत्नहरुजस्तै मौलिक थियो । उनले आफैंलाई के प्रश्न गरे भने सामान्य सापेक्षताको सबभन्दा सरल र सबभन्दा स्वाभाविक विस्तार के हुन्छ । र छिट्टै एउटा विधि भेट्टाए, जुन नयाँ थियो ।

सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त एउटा सम्मितीय सिद्धान्त थियो । अर्को शब्दमा त्यसका समीकरणहरु उही ढंगबाट सम्मितीय थिए, जसरी एउटा गोलाको बीचबाट एउटा रेखा खिचियो भने त्यसका दुई पक्षहरु समान हुन्छन् । आइन्स्टाइनले त्यो सिद्धान्तलदाई असम्मितीय भाग प्रदान गर्ने निर्णय गरे । जब उनले त्यसो गरे, उनले त्यसबाट आएका समीकरणहरु माक्सवेलका विद्युतचुम्बकीय क्षेत्रका समीकरणहरुसँग समान भएको पाए । त्यो परिणामबाट आइन्स्टाइन अन्तन्तै प्रसन्न र उत्साहित भए । उनलाई आफूले खोजेको कुरा भेट्टाए भन्ने लाग्यो । तर जब उनले त्यो सिद्धान्तलाई विस्तृत रुपमा जाँच गरे, तब उनले त्यसमा पनि समस्याहरु देखे । त्यसले इलेक्ट्रोन र प्रोटोनको पिण्ड र आवेशको पूर्वानुमान गर्दैनथ्यो । यसबाहेक त्यसले एउटा त्यस्तो कुराको भविष्यवाणी गर्दथ्यो, जसले उनलाई अलमलमा पा¥यो । त्यसले समान पिण्ड तर विपरित आवेश भएका बिम्ब–प्रतिबिम्ब कणहरुको भविष्यवाणी गर्दथ्यो । जसलाई अहिले हामी प्रतिकणहरु भन्दछौं ।
आइन्स्टाइनले आफ्नो जीवनको बाँकी समय एउटा एकीकृत क्षेत्र सिद्धान्तको खोज गरेर विताए । उनले एकपछि अर्को नयाँ सिद्धान्त पत्ता लगाउँथे र अब वास्तविक सिद्धान्त भेट्टाएँ भन्ने ठान्थे । त्यसपछि त्यसमा गल्ती भेट्टाउँथे र त्यसलाई खारेज गर्थे । अन्ततः त्यो प्रक्रिया उनका लागि दिक्क लाग्दो थियो । तर उनले त्यसलाई कहिल्यै परित्याग गरेनन् । आफ्नो जीवनको अन्तिम घडीसम्म पनि उनले खोजी कार्य जारी राखे । धेरै मानिसहरुले उनलाई इन्द्रेणीको पछि दौडिने बच्चाजस्तो ठाने । तर अन्त्यमा केही वैज्ञानिकहरुले उनी आफ्नो समयभन्दा धेरै लगाडि र बाटोमा हिड्न थाले ।

२.वृहत एकीकृत सिद्धान्त (Grand Unified Theory)

आइन्स्टाइनको खोजमा प्रमुख कठिनाइ के थियो भने त्यो अत्यन्तै सीमित थियो । उनले आफ्नो खोज आरम्भ गर्दा दुई क्षेत्रहरु मात्र ज्ञात थिए– गुरुत्व क्षेत्र र विद्युतचुम्बकीय क्षेत्र । त्यसैगरी त्यसबेला दुई कणहरु मात्र पत्ता लागेका थिए – इलेक्ट्रोन र प्रोटोन । तर त्यसपछि केही वर्षहरुमा थप क्षेत्रहरुको खोज भयो र सयौं नयाँ कणहरु भेटिए ।
यसबाहेक आइन्स्टाइनको अर्को समस्या पनि थियो । आफ्नो आरम्भिक सिद्धान्तहरुमा काम गर्दा विशेषगरी विशेष सापेक्षताको सिद्धान्तमा काम गर्दा आइन्स्टाइनको गणितप्रति थोरै अवहेलनाको भावना थियो । किनभने उनले त्यसलाई एउटा साधन मात्र ठान्थे । तर सामान्य सापेक्षताको गणितीय जटिलताबाट उनले गणितलाई साधन मात्र मान्न छोडेर त्यसभन्दा बढी मान्न थाले ।

पहिलेको कठिनाइ थाहा भएपछि आइन्स्टाइनको विधि किन सीमित भन्ने कुरा सजिलै जान्न सकिन्छ । सर्वप्रथम त उनले एकीकृत सिद्धान्तको खोज गरिरहेको बेला थप अन्य दुई क्षेत्रहरु पत्ता लागे– प्रबल बल र दुर्बल बल । प्रबल बलले परमाणु केन्द्रका कणहरुलाई बाँधेर राख्दछ र दुबै बल निश्चित प्रकारका नाभिकीय प्रक्रियाहरुमा महत्वपूर्ण हुन्छ । दोस्रो नयाँ आविष्कृत उपपरमाणाविक कणहरुको संख्या सयौं पुग्यो । तिनीहरुको संख्या यति धेरै भयो कि वास्तवमा वैज्ञानिकहरुले तिनीहरु सबै आधारभूत कण हुन सक्दैनन् भन्ने कुरा महसूस गर्न थाले । तिनीहरुमध्ये अधिकांशसम्म आधारभूत कणहरुबाट बनेका हुनसक्दछन् ।
सबभन्दा भारी कणहरुलाई लेप्टोन भनिन्छ । हेड्रोनभित्र बारयोन र मेसोन उपवर्गहरु हुन्छन् । यिनीहरुको संख्या धेरै भएपछि वैज्ञानिकहरुले एउटा नयाँ दृष्टिकोण आवश्यक भएको कुरा महसूस गरे । सन् १९६० को दशकमा मुर्रे गेल–म्यान र जर्ज ज्वीगले छुट्टा–छुट्टै के बताए भने हेडो«न कणहरु अझ साना कणहरुबाट बनेका छन्, जसलाई गेल–म्यानले क्वार्क नामकरण गरे । शुरुमा क्वार्कहरु तीन प्रकारका थिए, जसलाई अप, डाउन र स्ट्रेन्ज भनिन्थ्यो । हेडा«ेन कणहरु तिनीहरुका विभिन्न संयोजनहरुबाट बनेका हुुन्छन् । उदाहरणका लागि प्रोटोन दुईबटा अप र एउटा डाउन क्वार्कबाट बनेको हुन्छ । पछि अन्य तीन प्रकारका क्वार्कहरु पनि भेटिए, जसलाई टप, बटम र चाम्र्ड भनियो ।

आइन्स्टाइनको गुरुत्व क्षेत्र र विद्युतचुम्बकीय क्षेत्रको सरल एकताले निश्चित रुपमा यी सबैलाई याख्या गर्न सक्दैनथ्यो । यसबाहेक क्वाण्टम सिद्धान्तले कणहरु र विकिरणका अन्तक्र्रियाहरुमध्ये अधिकांशको व्याख्या ग¥यो । क्वाण्टम सिद्धान्तले यो काम कसरी ग¥यो भन्ने कुरा बुझ्नका लागि वर्नर हाइजनवर्गको अनिश्चितताको नियमलाई हेर्नु आवश्यक छ । त्यसले के बताउँछ भने निश्चित दुई चरणहरुलाई समकालिक ढंगबाट उच्च विशुद्ध मापन गर्न सकिंदैन । उदाहरणका लागि यदि कुनै एउटा कणको गतिलाई विशुद्ध रुपमा मापन गरियो भने त्यसको गति अनिश्चित हुन्छ । त्यसैगरी यदि त्यसको स्थानलाई विशुद्ध रुपमा मापन गरियो भने त्यसको गति अनिश्चित बन्दछ । यो कुरा शक्ति र समयको सन्दर्भमा पनि लागु हुन्छ ।

यही अनिश्चितताका कारण कणहरुले छोटो अवधिको लागि शक्ति ऋण लिन सक्दछन् । त्यसको एकमात्र शर्त के हो भने तिनीहरुले ‘अनिश्चितताको अवस्था’ लोप हुनुभन्दा पहिले नै त्यो ऋण तिर्नुपर्दछ । यसको अर्थ हो – एउटा कण र त्यसको प्रतिकण (उदाहरणका लागि इलेक्ट्रोन र पोजिटो«न) अल्प समयमा बन्न सक्दछन् । तिनीहरुलाई आभासीय कणहरु (virtual particles) भनिन्छ ।

शीघ्रतापूर्वक सृजना हुने कण र प्रतिकणले एक– अर्कोलाई निषेध गर्दछन् र यो प्रक्रियामा फोटोनहरु उत्सर्जित हुन्छन् । त्यसैकारण प्रत्येक कणलाई फोटोनहरुको ‘‘बादल’’ द्वारा घेरिएको मान्न सकिन्छ, दुई कणहरुको बीचमा केही फोटोनहरुको आदान–प्रदान हुन्छ । यदि दुवै कणहरु धनात्मक आवेशयुक्त छन् भने आदान–प्रदान भएका फोटोनहरुले तिनीहरुको बीचमा विकर्षण उत्पन्न गर्दछन् । तर यदि तिनीहरुमध्ये एउटा ऋणात्मक आवेशयुक्त छ र अर्को धनात्मक आवेशयुक्त छ भने ती फोटोनहरुले आकर्षण उत्पादन गर्दछन् । त्यसकारण क्वाण्टम सिद्धान्तको दृष्टिकोणबाट दुई कणहरुको बीचमा हुने विद्युतचक्बकीय बललाई फोटोनहरुको आदान–प्रदानको रुपमा हेरिन्छ । वैज्ञानिकहरुले यसलाई क्वान्टम इलेक्ट्रोन डाइनामिक्स (QED) मा विकास गरेका छन् ।

क्वाण्टम इलेक्ट्रोडाइनामिक्सको सफलताबाट उत्साहित भएर भौतिक शास्त्रीहरु शेल्डन ग्लाश्व, अब्दुस सलाम र स्टीफेन वाइनवर्गले त्यही विधि प्रबल र दुर्बल नाभिकीय अन्तक्र्रियाहरुमा प्रयोग गरे । प्रबल अन्तक्र्रियाको सन्दर्भमा ग्लुओन() नामका कणहरु क्वार्कहरुको बीचमा अदान–प्रदान हुन्छन् भन्ने मानियो । त्यो सिद्धान्तलाई क्वान्टम क्रोमोडाइनामिक्स भनियो, किनभने क्वार्क र ग्लुओनलाई रंगीन मानियो । त्यो सिद्धान्त पनि अत्यन्तै सफल रह्यो । दुर्बल नाभिकीय अन्तक्र्रियाका लागि पनि एउटा त्यस्तै सिद्धान्तको विकास गरियो । यो मामिलामा आदान–प्रदान हुने कणहरु दुर्बल बोसोन(bosons) थिए, जसलाई w / z-w+, z0, w-_ भनियो ।

क्वाण्टम क्रोमोडाइनामिक्स र क्वाण्टम इलेक्ट्रोनिक सिद्धान्तको सफलतापछि तिनीहरुलाई एउटा एकीकृत सिद्धान्तमा एकसाथ ल्याउन प्रयत्न गर्नु स्वाभाविक थियो । योे प्रयत्नलाई वृहत एकीकृत सिद्धान्त नामकरण गरियो । यो सिद्धान्त धेरै हदसम्म सफल भएको छ, तर यसमा केही समस्याहरु बाँकी छन् । जे होस्, प्रकृतिका चार बलहरुको सम्बन्धमा विश्वस्त भएर भन्न सकिन्छ कि वैज्ञानिकहरुले तिनीहरुमध्ये तीनवटा बलहरुलाई एकीकृत गरेका छन् । तर यो एकीकरणबाट एउटा बल अर्थात् गुरुत्व बल बाहिर परेको छ । यसलाई समाविष्ट गर्नका लागि धेरै प्रयत्नहरु गरिएका छन् । यी प्रयत्नहरुमा आदान–प्रदान हुने कणको रुपमा ग्रेभिटोन नामक कणहरु अस्तित्वमा छन् भन्ने मानिएको छ । जब दुई पिण्डहरु एक–अर्कोका बीचमा ग्रेभिटोनहरुको आदान–प्रादान हुन्छ । तर यसका लागि सामान्य सापेक्षतालई विच्छिन्न बनाउनु पर्दछ, जुन कार्य कठिन सिद्ध भएको छ । अनेक प्रयत्नहरुका बावजुद सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्तलाई विच्छिन्न बनाउन सकिएको छैन ।

३.तार सिद्धान्त (String Theory)

तार सिद्धान्तको विकास त्यस्तो कुराबाट भएको देखिन्छ, जसको सम्बन्ध तारहरुसँग थिएन । सन् १९६८ मा गेब्रिएल भेनेजियनले एउटा शोधपत्र प्रकाशित गरे, जुन प्रबल बल अन्तक्र्रियाहरुको द्वैत–प्रतिध्वनि प्रारुपको सम्बन्धमा लेखिएको थियो । उनले यो सिद्धान्तको प्रयोग गरेर प्रबल बल अन्तक्र्रियहरुको केही समस्याहरुलाई व्याख्या गर्ने आशा गरेका थिए ।

दुई वर्षपछि सन् १९७० मा शिकागो विश्यविद्यालयका योइचिरो नाम्बु, स्ट्याण्डफोर्ड विश्वविद्यालयका लियोनार्ड सुस्किण्ड र कापेनहेनस्थित नील्स बोहोर इन्स्टिच्युटका होल्जर नील्सनले र तारका कम्पन अवस्थाहरुको बीचमा सम्बन्ध छ । दुवै छेउहरु बाँधिएको एउटा निश्चित लम्बाइको तार एक, दुई, तीन वा बढी फन्दाहरुमा कम्पित हुनसक्दछ । यी अलग–अलग प्रकारका कम्पनहरुमध्ये प्रत्येकलाई एउटा प्रतिध्वनि (resonance) को रुपमा लिन सकिन्छ । नाम्बु, सुस्किण्ड र नील्सनले के देखे भने यी प्रतिध्वनि अवस्थाहरुलाई ज्ञान आधारभूत कणहरु (elementary particles) सँग जोड्न सकिन्छ । संक्षेपमा भन्दा आधारभूत कणहरुलाई एउटा तारको प्रतिध्वनि अवस्थाहरुद्वारा वर्णन गर्न सकिन्छ ।

यी अवस्थाहरुलाई हेर्ने एउटा विधि यिनीहरुको तुलना गीतारको तारको कम्पनहरुसँग गर्नु हो । एउटा गीतारको तारबाट विभिन्न सांगीतिक धुनहरु बजाउन सिकन्छ । त्यसको एकमात्र विधि तारलाई धेरै तन्किइका छन् भने विभिन्न प्रकारका धेरै आवाजहरु बजाउन सकिन्छ । यसको अर्थ के हुन्छ भने कम्पन हुने एउटा तारका विभिन्न स्वरुपलाई प्रयोग बहुसंख्यक आधारभूत कणहरुको व्याख्या गर्न सकिन्छ ।

ती तारहरु कस्ता थिए त ? सर्वप्रथम त तिनीहरु सबै एउटै थिए । कम्पन विधिहरु मात्र भिन्न थिए । तिनीहरु करिब प्रोटोनको आकारका मानिएका थिए । अर्थात् करिब १०–१३ सेन्टिमिटर लामा । तिनीहरुको पिण्ड थिएन र तिनीहरु लचकदार थिए । तर यदि तिनीहरुको पिण्ड थिएन भने तिनीहरुले आधारभूत कणको पिण्डलाई कसरी व्याख्या गर्दथे त ? के देखिन्छ भने यो तिनीहरुकोे तन्काइसँग जोडिएको थियो । वास्तवमा तारहरु बन्दा र खुल्ला द्वैत प्रकारका थिए । बन्द तारहरु फन्दा जस्ता देखिन्थे ।

त्यो सिद्धान्त रोचक नै थियो । तर त्यसमा पनि समस्याहरु थिए । एउटा प्रमुख समस्या के थियो भने ज्ञात भएका आधारभूत कणहरु दुई वर्गहरुमा विभाजित थिए, जसलाई बोसोन (bosons) र फर्मियोन (fermions) भनिन्थ्यो । त्यो सिद्धान्तबाट फर्मियोनको व्याख्या हुनसक्दैनथ्यो । फर्मियोन कणहरु पदार्थ कणहरु हुन्, जसको भिन्नांकीय (१-२) चक्कर(spin) हुन्छ । फर्मियोनको एउटा उदाहरण इलेक्ट्रोन हो । बोसोन कणहरुकको पूर्णांकीय (१,२,३,४……..) चक्कर हुन्छ ।
त्यो सिद्धान्तले बोसोन कणहरुको मात्र व्याख्या गर्न सक्दथ्यो । त्यसैगरी, त्यसले एउटा यस्तो कणको भविष्यवाणी गर्दथ्यो, जसलाई अधिकांश वैज्ञानिकहरुले शंकाको दृष्टिले हेर्दथे । यो कण प्रकाश भन्दा छिटो कुद्छ र त्यसलाई टाक्योन (tachyon) भनिन्छ । तर अहिलेसम्म कसैले पनि टाक्योनलाई भेट्टाएको छैन । त्यो सिद्धान्तको अर्को समस्या के थियो भने त्यसको लागि छब्बीस–आयामहरुको आवश्यकता पर्दथ्यो, जसको व्याख्या गर्न कठिन थियो ।

मानक प्रारुप (standard model)

केही वर्षपछि एउटा प्रारुपको विकास गरियो, जसलाई अहिले मानक प्रारुप भनिन्छ । त्यसका भविष्यवाणीहरु प्रयोगद्वारा सही सिद्ध भए । यसका अतिरिक्त त्यसले विद्युतचुम्बकीय, प्रबल र दुर्बल बलसँग सम्बन्धित अन्तक्र्रियाहरुको व्याख्या गर्ने देखियो । अब तारसिद्धान्तको गम्भीर प्रतिस्पर्धाको सामना गर्नुपर्ने भयो ।
मानक प्रारुपमा आधारभूत कणहरुलाई तिनीहरुको चक्करको आधारमा दुई वर्गहरुमा वर्गीकरण गरिन्छ । तिनीहरु हुन्– फर्मियोनहरु र बोसोनहरु । फर्मियोनहरु पदार्थ कणहरु हुन् । बोसोनहरु प्रकृतिका बलहरु प्रसारण गर्ने कणहरु हुन् र तिनीहरुलाई विनिमय कण भनिन्छ ।

बोसनहरु निम्नानुसार छन् –

फोटोन विद्युतचुम्बकीय बलको विनिमय कण
ग्लुओन– प्रबल बलको विनिमय कण
w+, w-,z0 – दुर्बल बलका विनिमय कणहरु
ग्रेभिटोन – गुरुत्व बलको विनिमय कण
फर्कियोनहरु तीन समूहहरुमा विभाजित छन । ती समूहहरु निम्नानुसार छन्

विद्युतीय आवेश

इलेक्ट्रोन (electron) – १
म्युओन (moun) – १
टाउ (TAU) –१
यी कणहरुमध्ये प्रत्येकको एउटा न्युट्रिनो (neutrino) हुन्छः
विद्युतय आवेश
इलेक्ट्रो (न्यूट्रिनो) – ०
म्युओन न्युट्रिनो – ०
टाउ न्युट्रिनो – ०
क्वार्कहरु (quarks) छ वटा छन्, जसलाई तीन उपसमूहहरुः मा विभाजन गरिएको छ । क्वार्कहरुबाट हेड्रोनहरु बनेका छन् ।

विद्युतीय आवेश

अप (UP) (२र३
चाम्र्ड (charmed) (२र३
टप (TOP) –२र३
डाउन (down) –१र३
स्ट्रेन्ज (strange) –१र३
बटम (bottom) –१र३

एकीकृत सिद्धान्तः भौतिक विज्ञानमा नयाँ क्रान्ति

मानव प्रारुपको समाधान हुन नसकेको उटा समस्या प्रत्येक समूहहरु तीन उपहमूहहरु किन छन् भन्ने कुरा हो । तर यसको सबभन्दा ठूलो समस्या के हो भने यसले प्रकृति तीन बलहरुलाई राम्रोसँग व्याख्या गर्दछ, चौथो बल –गुरुत्वबल ) को सम्बन्धमा चाँहि गर्न केही पनि बताउँदैन । गुरुत्व बललाई यसभित्र ल्याउनको लागि धेरै प्रयत्नहरु गरिएका छन्, तर कुनै पनि प्रयत्न सफल भएको छैन ।

प्रथम तार क्वाण्टम गुरुत्व सिद्धान्त

सन् १९७० को दशकमा तार सिद्धान्तको एउटा प्रमुख समस्या के थियो भने अनेकौं आधारभूत कणहरुको भविष्यवाणी गरिएको थियो, जसको मानक प्रारुप (standard model) सँग कुनै सम्बन्ध थिएन । त्यस्ता कणहरुमध्ये एउटा कण पिण्डरहित थियो ।

सन् १९७४ मा इकोल नर्मल सुपेरिइरका जोएल शेर्क र क्यालिफोर्निया इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीका जोन श्वार्जले त्यो पिण्डरहित कणलाई ध्यान दिएर हेर्न थाले । अन्ततः उनीहरुले त्यसमा ग्रेभिटोनका सम्पूर्ण गुणहरु छन् भन्ने कुरा महसूस गरे । श्वाजै र शेर्कको खुशीको सीमा रहेन । यदी तार सिद्धान्तले ग्रेभिटोनको भविष्यवाणी गर्दथ्यो भने त्यो उनीहरुले आशा गरेभन्दा पनि बढी शक्तिशाली हुनसक्दथ्यो । क्वाण्टम सिद्धान्तले नै गुरुत्व बललाई समाहित गर्न सक्दथ्यो । उनीहरुले सन् १९७४ मा आफ्नो परिणामहरुको घोषणा गर्दै एउटा शोधपत्र लेखे, जसमा तार सिद्धान्त एउटा सर्व– समावेशी सिद्धान्त हुनसक्दछ भन्ने सुझाव राखिएको थियो ।

तार सिद्धान्तका लक्ष्यहरु निराशाजनक देखिए तर श्वार्ज चाहिँ विश्वस्त भएर परिश्रमपूर्वक तार सिद्धान्तमा निरन्तर काम गरिरहेका थिए । त्यसपछि उनले सन् १९७९ को गृष्म ऋतुमा क्वीन म्यारी कलेजका माइकेल ग्रीनलाई भेटे । उनीहरु दुवै CERn का थिए । ग्रीन पनि तार सिद्धान्तमा काम गरिरहेका थिए र उनीहरुले तुरुन्तै सँगै काम गर्ने निर्णय गरे ।

शेर्क र उनका धेरै सहकर्मीहरुले के देखाउने प्रयत्न गरेका थिए भने तार सिद्धान्त महासम्मितीय (supersymmetric) छ । महासम्मितीय भनेको एउटा त्यस्तो सम्मिति हो, जसमा बोसोन र फर्मियोन एउटै कणका दुई अवस्थाहरु हुन्छन् । त्यसबाहेक, उनीहरु के सिद्ध गर्न चाहन्न्थे भने परिणामका रुपमा आउने सिद्धान्त अनन्तताहरुबाट मुक्त छ । लामो समयसम्म ठूलो प्रयत्न गरेपछि उनीहरु एउटा तार सिद्धान्तको विकास गर्न सफल भए, जसमा महासम्मिति समाविष्ट थियो । उनीहरुले आफ्ना परिणामहरुलाई सन् १९८१ मा प्रकाशित गरे । अन्ततः अब जसमा अनन्तता थिएन, जसले गुरुत्व बलसिहत प्रकृतिका चारैवटा बलहरुको व्याख्या गर्दथ्यो र आधारभूत कणहरुको भविष्यवाणी गर्नसक्दथ्यो ।

तर त्यो सिद्धान्तमा पनि समस्या थिए । श्वार्ज र ग्रीनले आफ्नो सिद्धान्तलाई ‘अनियमितता रहित’ छ भन्ने देखाउन सकेनन् । अनियमितताबाट ऋणात्मक संभाव्यताहरु उत्पन्न हुन्छन् । त्यसपछिका दुई वर्षसम्म उनीहरु त्यो सिद्धान्तको अनियमितताहरु उत्पन्न हुन्छन् । त्यसपछिका दुई वर्षसम्म उनीहरु स्वरुप पत्ता लगाउने प्रयत्नमा लागिरहे ।

उनीहरुले खोजी गरिरहेको कुरा समूह सिद्धान्त थियो, जसलाई उनीहरुको सिद्धान्तमा आधारको रुपमा प्रयोग गर्न सकिन्थ्यो र त्यसबाट त्यो सिद्धान्तलाई अनियमिततारहित बनाउन सकिन्थ्यो । उनीहरुले सोच्न सकिनेजति सबै समूह सिद्धान्तहरुको परीक्षण गरे र अन्तिममा एउटा भेट्टाए, जसले काम ग¥यो । त्यसलाई कय(32) भनियो । उनीहरुले अझ राम्रो समूह सिद्धान्तको खोजी कार्य जारी राखे । अन्ततः त्यो पनि भेटियो, जसलाई E8XE8 भनियो । अब उनीहरुले चाहेको सिद्धान्त भेट्टाएका थिए, जुन अनन्तताबाट मुक्त र अनियमितता रहित थियो । त्यसले प्रकृतिका चारैवटा बलहरुको व्याख्या गर्दथ्यो तथा आधारभूत कणहरुको पनि व्याख्या गर्दथ्यो ।

उनीहरुले आमफ्नो सिद्धान्तको घोषणा सन् १९८४ को अगष्टमा गरे । अन्ततः वैज्ञानिक जगतको दृष्टि त्यसमाथि प¥यो । त्यसबाट विशेष रुपले उत्साहित हुने वैज्ञानिकहरुमध्ये एक प्रिन्सटन विश्वविद्यालयका एड्वार्ड विटटेन थिए । एउटा बिल्कुलै भिन्न विधिको प्रयोग गरेर उनले के देखाए भने त्यो सिद्धान्त वास्तवमा अनियमिततारहित छ । केही समयपछि प्रिन्सटन विश्वविद्यालयका डेभिड ग्रस सिकागो विश्वविद्यालयका जेफरी हार्भे र प्रिन्सटन विश्वविद्यालयका एमिल मार्टिनेक तथा यान रोहमले अर्को अनियमिततारहित सिद्धान्त पत्ता लगाए । त्यसलाई उनीहरुले ‘हिटेरोटिक’ (heterotic) प्रारुप भनेका थिए । त्यो एउटा बन्द–तार प्रारुप थियो ।

सन् १९८४ र १९८६ बीचको समयलाई प्रथम तार क्रान्तिको समय भनियो । श्वार्ज र ग्रीनको नयाँ युगान्तकारी खोजसँगै विश्वका वैज्ञानिकहरुको ध्यान आकर्षित भयो र थोरै समयमै ठूलो उत्साह देखिन थाल्यो । त्यसपछि छोटो अवधिमा नै त्यो विषयमा हजारौं शोधपत्रहरु लेखिए र धेरै महत्वपूर्ण प्रगतिहरु भए । तर समस्याहरु अझै बाँकी नै थिए । त्यसमा रहेका प्रमुख समस्याहरुमध्ये एउटा के थियो भने त्यो सिद्धान्तका समीकरणहरु विशुद्ध रुपमा लेख्न सकिंदैनथ्यो । परिणाम स्वरुप अनुमानित समीकरणहरुको तिनीहरुको अन्तक्र्रियाको सम्बन्धमा धेरै कुरा थाहा भयो ।

तारका अन्तरक्रियाहरु

कणहरुको बीचमा अन्तत्र्रिmया हुन्छ र यस्ता अन्तत्र्रिmयाहरुका परिणामहरुलाई परीक्षणबाट जान्न सकिन्छ । मानक प्रारुपद्वारा यी परिणामहरुको भविष्यवाणी गर्न संभव हुन्छ । तर तार सिद्धान्तले मानक प्रारुपलाई समाविष्ट गर्नका लागि यी अन्तत्र्रिmयाहरुलाई देखाउने र गणना गर्ने विधि हुनु पर्दछ ।

हामीलाई के कुरा थाहा छ भने बोसोन तार र फर्मियोन तार दुवै अस्तित्वमा छन् र प्रत्येकमा आधारभूत कणलाई प्रतिनिधित्व गर्ने कम्पन अवस्था हुन्छ । त्यसैगरी हामीलाई यो कुरा पनि थाहा छ कि बन्द तारमा तरंग घडीको दिशामा अथवा उल्टो दिशामा चल्न सक्दछ । यसबाट आधारभूत कणहरुका केही गुणहरुलाई व्याख्या गर्नका लागि सहायता पुग्दछ जुन तिनीहरुको चक्करसँग सम्बन्धित हुन्छन् । यसबाहेक यदि हामीले कुनै तारलाई समयमा हेर्दछौं भने त्यसको कम्पन अवस्था एउटा ‘पात्र’ (sheet) मा फैलिन्छ । यस्तो पत्रलाई ‘विश्वपत्र’ भनिन्छ । बन्द तारमा यो पत्र बेलानाकार हुन्छ ।

तारहरुसँग सम्बन्धित एउटा विशेष महत्वपूर्ण कुरा तिनीहरुको तनाव हो । यो तनाव जति बढी हुन्छ, त्यति तारको शक्ति बढी हुन्छ । वास्तवमा तारको शक्ति तनाव र कम्पनको प्रकार वा स्वरुप दुवैमाथि निर्भर हुन्छ । आधाभूत तनावलाई प्लाङ्क तनाव भनिन्छ । र यो अत्यन्तै उच्च हुन्छ – १०३९ टन । यसबाट प्लाङ्क पिण्ड (planck tension) प्राप्त गर्न सकिन्छ, जुन प्रोटोनको पिण्ड भन्दा १०१९ गुणा बढी छ ।

अब तारको प्रयोग गरेर कसरी कणहरुको अन्तत्र्रिmयालाई प्रतिनिधित्व गर्न सकिन्छ त ? क्वाण्टम इलेक्ट्रोडाइनामिक्स र क्वाण्टम क्रोमोडाइनामिक्समा यी अन्तक्र्रियाहरुलाई सरल रेखाहरु खिचेर प्रनिधित्व गरिन्छ, जसलाई फिनम्यान रेखाचित्र भनिन्छ । एउटा रेखाले स्थानमा गतिशील कणलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ । तार सिद्धान्तमा कणहरुको स्थान तारहरुले लिन्छन्, त्यसकारण सममयको प्रत्येक बिन्दुमा तारहरु हुन्छन् ।

महासम्मिति (supersymmetry)

महासम्मितिले तार सिद्धान्तमा ठूलो भूमिका निर्वाह गर्दछ । यस प्रकारको पहिलो पूर्ण सिद्धान्तको निर्माण काल्र्सरु विश्वविद्यालयका जुलियस वेस र ऋच्भ्ल् का ब्रुनो जुमिनोले गरेका थिए । तर त्यो तार सिद्धान्त थिएन । उनीहरुको सम्बन्ध कणहरुसँग मात्र थियो । उनीहरुले लथगमा धेरै वर्षसम्म सँगै काम गरे । त्यही अवधिमा महासम्मितिमा नयाँ खोज भयो ।

वेस र जुमिनो ब्रह्माण्डमा विद्यमान दुई प्रकारका कणहरुलाई अथवा फर्मियोन र बोसोनलाई एउटै उपसमूहमा ल्याउन चाहन्थे । जब उनीहरुले सम्मिति नियमहरुको प्रयोग गरेर गणितीय ढंगबाट बोसोनलाई फर्मियोनमा र फर्मियोनलाई बोसोनमा रुपान्तरण गर्न सकिन्छ भन्ने कुरा पत्ता लगाए । तब उनीहरुको खुशीको सीमा रहेन । त्यसलाई अहिले महासम्मिति भनिन्छ । त्यसले यो ब्रह्माण्ड पहिले सोभिएभन्दा अझ सरल छ भन्ने संकेत ग¥यो ।

वास्तवमा उनीहरुले पत्ता लगाएको कुरा के थियो भने महासम्मिति सिद्धान्तले हरेक बोसोनको फर्मियोन साझेदार हुन्छ भन्ने भविष्यवाणी गर्दछ । यी साझेदार कणहरुलाई अहिले महासाझेदार (superpartners) भनिन्छ । यसको तात्पर्य के हो भने इलेक्ट्रोन, क्वार्क र ग्रेभिटोन जस्ता कणहरुका महासाझेदारहरु छन्, तिनीहरुलाई एसइलेक्ट्रोन (selectron), एसक्वार्क (squark) र ग्रेभिटिनो(gravitino) भनिन्छ ।

बोसोनका महासाझेदारहरु निम्नानुसार छन् ः

कण महासाझेदार

ग्रेभिटोन (graviton) ग्रेभिटिनो ( gravitino)
फोटोन ( photon) फोटिनो (photino)
ग्लुओन (Nagial) ग्लुइनो (gluino)
W+            विनो (winot)

z             zino

wino+

zino

फर्मियोनका महासाझेदारहरु निम्नानुसार छन् ः

कण                                                              महासाझेदार

इलेक्ट्रोन (electron)                             एसइलेक्ट्रोन(selectron)
म्युओन (muon )                                       एसम्युओन (smuon )
टाउ ( tau)                                               एसटाउ (stau)
न्युट्रिनो (neutrino)                                एसन्युट्रिनो(sneutrino)
क्वार्क (quark )                                         एसक्वार्क (squark)

तर सिद्धान्तमा महासम्मितिको योग एउटा ठूलो उपलब्धि थियो । त्यो नयाँ सिद्धान्त महातार सिद्धान्त (कगउभचकतचष्लन तजभयचथ) को रुपमा परिचित भयो । त्यसबाट तार सिद्धान्तका धेरै समस्याहरुको समाधान भयो । ती समस्याहरुमध्ये एउटा प्रकृतिका तीन बलहरुका क्षमताहरुसँग सम्बन्धित थियो । शोल्डन ग्लाश्व, अब्दुस सलाम र स्टिभेन वाइनवर्गले के देखाएका थिए भने विद्युतचुम्बकीय बल र दुर्बल बल सम्बन्धित छन् ।

त्यसपछि सन् १९७४ मा ग्लाइव र जाङ्गीले यो सम्बन्धलाई प्रबल बलसँग मिलाएर वृहत एकीकृत सिद्धान्त बनाउन सकिन्छ भन्ने कुरा दर्शाएका थिए भने अति उच्च शक्तिहरुमा जुन आरम्भिक ब्रह्माण्डमा विद्यमान थिए, यी तीन बलहरु एकीकृत थिए, जसमा यिनीहरु सबैको एउटै क्षमता थियो ।

इलेक्ट्रोनको वरिपरि कणहरु र प्रतिकणहरुको बादल हुन्छ र त्यो बादलले इलेक्ट्रोन वास्तविक क्षेत्रलाई धमिलो बनाउँदछ । जब हामी इलेक्ट्रोनको नजिक जान्छौं, तब त्यो बादललाई छिचोल्दछौं र इलेक्ट्रोनको विद्युतीय क्षेत्र बढ्न थाल्छ । अन्ततः हामीले त्यो वास्तविक विद्युतचुम्बकीय बल भेट्टाउँदछौं, जुन इलेक्ट्रोनसँग सम्बन्धित हुन्छ । तर यहाँ अन्य दुई बलहरु पनि छन् ः प्रबल र दुर्बल नाभिकीय बलहरु । तिनीहरुलाई छिचोलेर भित्र जाँदा के हुन्छ ? तिनीहरु दुर्बल हुँदैजान्छन् भन्ने देखिन्छ । अत्यन्तै कम दुरीमा यी सबै बलहर बराबर हुन्छन् ।

तर जब पहिलो पटक यिनीहरुको मापन गरियो, तब एउटा समस्या आउने देखियो । गुरुत्व बल बाहेक तीन बलहरु अत्यन्तै सानो मात्रामा मापन गर्दा लगभग बराबर देखिए पनि पूर्ण रुपमा बराबर थिएनन् । वास्तवमा जब त्यो सिद्धान्तमा महासम्मिति जोडियो, तब तिनीहरु पूर्ण रुपले बराबर भए ।

महासम्मितिको सबभन्दा ठूलो सफलता के हो भने यसले सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त र क्वाण्टम सिद्धान्तको एउटा सन्तोषजनक एकता संभव बनायो । यो महासम्मितीय एकताले टाक्योनको समस्यालाई परिहार गर्दछ र यसले प्रकृतिका सबै आधारभूत कणहरुको व्याख्या गर्दछ । त्यसैगरी यसले सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त र क्वाण्टम सिद्धान्तको प्रमुख अन्तर्विरोधलाई पनि समाधान गर्दछ । यो अन्तर्विरोध क्वाण्टम विचलन (quantum fluctuations)  मा केन्द्रित छ, जुन प्लाङ्क स्तरमा देखिन्छन् । वास्तवमा यी विचलनहरु यो सूक्ष्म स्तरमा यति धेरै तीव्र हुन्छ, जसबाट सामान्य सापेक्षताको लागि आवश्यक नष्ट हुन्छ । महासम्मितिले तिनीहरुलाई समन गर्दछ ।

अतिरिक्त आयामहरु

महातार सिद्धान्त दश– आयामीय सिद्धान्त हो । हाम्रो संसार चार आयामहरुबाट मात्र बनेको छ । यी अतिरिक्त आयामहरु कहाँ छन् त ? क्लाइन र केलुजाले के माने भने यिनीहरु यति साना भएर वेरिएका छन् कि यिनीहरुलाई देख्न सकिँदैन । महासम्मिति सिद्धान्तमा मानिएको कुरा पनि यही हो ।
तर महासम्मिति सिद्धान्तमा पनि समस्या त बाँकी नै रहन्छ । हामी एउटा आयाम बेरिएको दृश्य देख्न सक्छौं । त्यो एउटा सानो बेलानकार वस्तुजस्तो हुन्छ । तर अनेकौं आयामहरु बेरिएर कस्तो आकृति बन्दछ त ?

सन् १९८४ मा टेक्सास विश्वविद्यालयका फिलिप क्याण्डेलास, क्यालिफोर्निया विश्वविद्यालयका एण्ड्रयू स्ट्रोमिङ्गर र एड्वार्ड विट्टेनले के देखाए भने महातार सिद्धान्तका छ अतिरिक्त आयामहरुलाई कालाबी– याउ आकृतिहरुद्वारा प्रतिनिधित्व (व्यक्त) गर्न सकिन्छ । यस्ता आमृतिहरुको रचना पेन्सिलभानिया विश्वविद्यालयका युजेन कालाबी र हवार्ड विश्वविद्यालयका शिन्तुङ याउले गरेका थिए ।

सिद्धान्तहरुको बहुलता

महासम्मितिले तार सिद्धान्तलाई एउटा उचाइमा पु¥यायो । यसलाई तार सिद्धान्तमा समावेश गरेपछि धेरै समस्याहरुको समाधान भयो । तर यसमा पनि एउटा द्विविधा देखियो । के देखियो भने महासम्मितिलाई तार सिद्धान्तमा ५ भिन्न ढंगबाट समाविष्ट गर्न सकिन्छ र प्रत्येकले अगल तार सिद्धान्ततिर लैजान्छ । परिणामस्वरुप अहिले ५ अगल महातार सिद्धान्तहरु छन् ।

Type 1  शक्ति पदार्थ बीचको महातार सिद्धान्त जसमा खुला र बन्द दुवै तारहरु हुन्छन् । टाक्योन छैन । कय(घद्द) मा आधारित ।

Type 11A  शक्ति र पदार्थबीचको महातारसिद्धान्त, जसमा बन्द ( फन्दा) तारहरु मात्र हुन्छन् । टाक्योन छैन । र, पिण्डरहित फर्मियोनहरु दुवैतिर घुम्दछन् ।

Type 11B शक्ति र पदार्थबीचको महातारसिद्धान्त, जसमा बन्द तारहरु मात्र हुन्छन् । टाक्योन छैन र पिण्डरहित फर्मियोनहरु एकतिर मात्र घुम्दछन् ।

HO शक्ति र पदार्थबीतको महातार सिद्धान्त, जसमा बान्द तारहरु मात्र हुन्छन् । टाक्योन छैन । हेटरोटिक –विजातीय), जसको अर्थ दायाँ र बायाँ चल्ने तारहरु भिन्न हुन्छन् भन्ने हो । क(32) समूहमा आधारित ।

HE शक्ति र पदार्थबीचको महातार सिद्धान्त, जसमा बन्द तारहरु मात्र हुन्छन् । टाक्योन छैन । विजातीय (जभतभचयतष्अ) र भ्ड ह भ्ड समूहमा आधारित ।

यसरी ५ अलग सिद्धान्तहरुको सिद्धान्तहरुको अस्तित्व हुनु विश्चित रुपमा एउउटा समस्या हो । त्यसकारण एउटा सिंगो सिद्धान्तको आवश्यकता छ । त्यस्तो सिद्धान्त सर्वसिद्धान्त (त्जभयचथ या भ्खभचथतजष्लन) हुनेछ ।

४. मातृ– सिद्धान्त (M­-Theory)

सन् १९९० को दशकमा ५ स्वतन्त्र तार सिद्धान्तहरु थिए । तिनीहरुका धेरै विशेषताहरु थिए, तर महासम्मितिलाई समाविष्ट गर्ने विधिमा तिनिहरु स्पष्ट रुपले भिन्न थिए । प्रत्येक सिद्धान्तमा उपलब्ध कम्पन स्वरुपहरु (ढाँचाहरु) भिन्न थिए । वास्तवमा एउटा एकल सिद्धान्तको खोजी भइरहेको थियो, जसले प्रकृतिका चारैवटा बलहरुलाई कणहरुको व्याख्या गर्न सकोस् । अन्ततः सन् १९९५ मा एउटा नयाँ खोज भयो, जसले विद्यमान सपस्यामाथि नयाँ प्रकाश पा¥यो । त्यो खोजलाइृ बुझ्नको लागि विचलन सिद्धान्त (perturlation theory) को सम्बन्धमा बुझ्नु आवश्यक हुन्छ ।

मानक विधि : विचलन सिद्धान्त

सन् १९९० को दशकको माध्यसम्म वैज्ञानिकहरुले के महसूस गर्न थालेका थिए भने उनीहरुले प्रयोग गरेको विधि दोषयुक्त छ । तर त्यो कारणरहित विधि थिएन । वास्तवमा त्यसवेला त्यसलाई अवलम्वन गर्नु स्वाभाविकै थियो । त्यसलाई अवलम्वन गर्नु स्वाभाविकै थियो । त्यसलाई विचलन विधि भनिन्छ र सबै प्रमुख क्वाण्टम सिद्धान्तहरुमा त्यसको प्रयोग गरिन्छ ।

यसलाई स्पष्ट गर्नको लागि क्वाण्टम इलेक्ट्रोडाइनामिक्सलाई लिन सकिन्छ । मानौं भर्खरै एउटा अन्तत्र्रिmया सम्पन्न भएको छ– एउटा इलेक्ट्रोन र एउटा पोजिट्रोनको टकराव । हामी यो अन्तत्र्रिmयामा सहभागी हुने कणहरु र यसबाट उत्पन्न हुने कणहरुलाई देख्दछौं । तर हामीलाई तिनीहरुको बीचमा के हुन्छ भन्ने कुरा निश्चित रुपमा थाहा हुँदैन, त्यसकारण यसलाई एउटा बादलको रुपमा देखाइन्छ ।

यस्ता अन्तक्रियाहरुमा एउटा मूल तत्व युग्मक अचर(अयगउष्लिन अयलकतबलत) हो । यो एउटा अंक हो, जसले अन्तत्र्रिmया कति प्रबल छ भनने कुरा बताउदँछ । प्रकृतिका बलहरुमध्ये प्रत्येकको युग्मक अचर हुन्छ । विद्युतचुम्बकीय बलको युग्मक अचर अंक १-१३७ हो । त्यसकारण महातार पिसद्धान्तको पनि एउटा युग्मक अचर हुनसक्छ भन्ने अपेक्ष ागर्न सकिन्छ । वास्तवमा ५ महातार सिद्धान्तहरुमध्ये प्रत्येकको यस्तो एउटा युग्मक अचर हुनुपर्दछ ।

विचलन सिद्धान्तमा यो युग्मक अचर निर्णायक हुन्छ । यसको अवधारणा एउटा अनुमानित परिणाममा पुग्नु र त्यसपछि विशुद्ध परिणामको नजिक पुग्नु हो । प्रथम अनुमानित परिणामलाई प्रथम–क्रमीय विचलन पसिद्धान्त ँष्चकत यचमभच उभचतगचबितष्यल तजभयचथ भनिन्छ । त्यसैगरी दोस्रो अनुमानित परिणामलाई दोस्रो– क्रमीय विचलन सिद्धान्त (First order perturlation theory ) भनिन्छ । र यही क्रमले अगाडि बढ्दछ । जब चाहिएको परिणाम प्राप्त हुन्छ, तब सबै परिणामहरुलाई जोडिन्छ, जसबाट अत्यन्तै विशुद्ध परिणाम प्राप्त हुन्छ ।

तर के देखिन्छ भने विचलन सिद्धान्तले तब मात्र काम गर्दछ, जब युग्मक अचर एकभन्दा कम हुन्छ । त्यसैकारण यो अचरको ज्ञान यति महत्वपूर्ण छ । क्वाण्टम इलेक्ट्रोडाइनामिक्सको लागि यो समस्याको विषय होइन, किनभने यो १/१३७ मात्र छ । क्वाण्टम इलेक्ट्रोन डाइनामिक्समा फिनम्यान डाइग्रामहरुको प्रयोग गरिन्छ । तार सिद्धान्तमा समस्या आएको जस्तो देखियो र केही कामप गर्नुपर्ने आवश्यकता भयो । त्यही क्रममा सन् १९९५ मा एउटा नयाँ खोज भयो ।

दोस्रो महातार क्रान्ति

सन् १९९५ को मार्चमा बार्षिक महातार सम्मलेलन दक्षिणी क्यालिफोर्नियाको एउटा विश्वविद्यालयमा सम्पन्न भयो । त्यहाँ उल्लेखनीय आकर्षण देखियो, किनभने त्यस अवधिमा धेरै नयाँ उपलब्धिहरु भएका थिए । तर कसैले पनि त्यो विस्फोटको अपेक्षा गरेको थिएन, जुन त्यहाँ भयो । हरेक व्यक्ति महातार सिद्धान्तका सर्वमान्य नेता एड्वर्ड विट्टेनको व्याख्यानमा ध्यान केन्द्रित गरिरहेको थियो । उनको अभियक्ति बम विस्फोट जस्तै भयो ।

धेरै वैज्ञानिकहरुले के सुझाव दिएका थिए भने विचलन सिद्धान्त एउटा अवरुद्ध मार्ग हो र अरु थप कुराको आवश्यकता छ । तर कसैले पनि त्यसलाई कसरी पार गर्न सकिन्छ भन्ने कुरा बताएका थिएनन् । एड्वर्ड विट्टेनले त्यसको विधि बताए । उनले बताएको सूत्र थियो – द्वैत सम्बन्धहरु, अथवा द्वैतताहरु (dualities) । उनले के दर्शाए भने द्वैतताहरुको प्रयोगद्वारा पाँच महातारसिद्धान्तहरु घनिष्ठ रुपले जोडिएका छन् भन्ने कुरा सिद्ध गर्न सकिन्छ । वास्तवमा तिनीहरु एउटै भौतिकशास्त्रलाई व्यक्त गर्ने पाँच भिन्न विधिहरु मात्र हुन् ।

विचलन सिद्धान्तको सफलता युग्मक अचरको आकारमा निर्भर हुन्छ । यो एकभन्दा कम हुनुपर्दछ, यसलाई दुर्बल युग्मक (week coupling) भनिन्छ । यदि यो एकभन्दा ठूलो छ भने, प्रबल युग्मक (कतचयलन अयगउष्लिन) हुन्छ । विट्टेनले त्थउभ क्ष् महातार सिद्धान्तबाट आरम्भ गरेका थिए । उनको अवधारणा विविध युग्मक अचरहरुको लागि सिद्धान्तको खोजी गर्नु थियो, जुन अति दुर्वलदेखि प्रबलसम्मका हुन्छन् । आश्चर्यको कुरा उनले के भेट्टाए भने एकभन्दा सानो युग्मक अचर भएको Heterotic–ई सिद्धान्तसँग पूर्ण रुपमा मिल्दछ । अर्को शब्दमा भन्दा, यो मामिलामा तिनीहरु बिलकूल समान छन् ।

त्यसपछि विट्टेनले यो ‘‘द्वैतता’’ Type IIB तार सिद्धान्तको लागि पनि मान्य छ भन्ने कुरा दर्शाए । यसमा थोरै भिन्नताहरु थिए । यो द्वैतता एउटै सिद्धान्तमा दुर्बल र प्रवल युग्मकको बीचमा थियो । अर्को शब्दमा Type IIB सिद्धान्तको दुर्वल युग्मकका परिणामहरु प्रबल युग्मकको परिणामहरुजस्तै थिए । यसको अर्थ त्यो सिद्धान्तहरु स्व–द्वैत थियो । अहिले यो द्वैततालाई र पहिले उल्लेखित द्वैतताहरुलाई स्व–द्वैतताहरु (S-dualites) भनिन्छ ।

विट्टेनको घोषणाबाट सम्मेलनमा सहभागी हरेक मानिस स्तब्ध भए । त्यसको अर्थ के थियो भने ती पाँच सिद्धान्तहरु अन्तर्सम्बन्धित थिए, अथवा कम्तीमा पनि तिनीहरुमध्ये केही अन्तर्सम्बन्धित थिए । तर अझ ठूलो विस्फोट आउन बाँकी नै थियो ।

विट्टेनले के देखाए भने पाँच महातार सिद्धान्तहरु र महागुरुत्व सिद्धान्तको बीचमा एउटा सम्बन्ध छ । उनले सिद्ध गरेको कुरा यो थियो Type IIa महातार सिद्धान्तबाट आरम्भ गरिन्छ र युग्मक अचरलाई एकभन्दा ठूलो नभएसम्म बढाइन्छ भने, भौतिकशास्त्र निम्न शक्ति निकटताबाट एघार–आयामीय महागुरुत्वमा जान्छ । यसरी दश– आयामीय सिद्धान्त एघार–आयामीय सिद्धान्तसँग जोडिन सक्छ भन्ने कुरा आश्चर्यजनक थियो । त्यसको अर्थ बुझ्न सकिएको थिएन ।

तर पनि, विट्टेनले त्यसको अर्थ बुझाए । उनले के देखाए भने महातार सिद्धान्तमा एउटा अदृश्य आयाम छ, जसलाई अहिलेसम्म देख्न सकिएको थिएन । जब उनले Heterotic–e सिद्धान्तको युग्मक अचरलाई बढाए, तब सिद्धान्तभित्र एक आयामीय तार फन्दाहरु नलीहरु जस्ता देखिन थाले । अर्को शब्दमा भन्दा तिनीहरु दुई–आयामीय आवरणहरु बने । पहिले यसलाई कसैले पनि देखेको थिएन किनभने सबै हिसाब वितलन सिद्धान्त र सानो युग्मक अचरको प्रयागद्वारा गरिएको थियो । स्पष्ट रुपमा भन्दा, उनले के भेट्टाए भने प्रबल युग्मक भएको Heterotic–e तार सिद्धान्तको एउटा एघार–आयामी स्वरुप छ, जुन एघार–आयामीय महागुरुत्वको समरुप छ । अब महागुरुत्वसहित छ सिद्धान्तहरु भए, जुन अन्तर्सम्बन्धित थिए ।

साना–ठूला द्वैतताहरु

यी विकासहरुले धेरै हलचल उत्पन्न गर तर चित्र अझै पूरा भएको थिएन । विशेषगरी सबै सिद्धान्तहरु जोडिएका थिएनन् । पछि के थाहा भयो भने अरु पनि द्वैतताहरु छन् ।

तिनीहरु कसरी उत्पन्न हुन्छन् भन्ने कुरा बुझ्नका लागि महातार सिद्धान्तका आयामहरुभध्ये एउटाको सघनीकरण अथवा ‘बेराइ’ हेर्नु आवश्यक छ । मानौं त्यो एउटा सानो–व्यासको बेलनाकारमा बेरएको छ । यो बेलनामा तारहरु विभिन्न ढंगबाट चल्न सक्दन् भन्ने कुरा सजिलै हेर्न सकिन्छ ः तिनीहरु यसको वरिपरि बेरिन सक्दछन् अथवा तिनीहरु चौडातिर ‘अनाकृत’ रुपमा चल्न सक्दछन् । यसले के देखाउँछ भने तारहरुको शक्ति दुई स्रोतहरुबाट आउँदछ – कम्पन गति र मोडाइ शक्ति । यसले साना–ठूला द्वैतताहरुमा पु¥याउँछ ।

विट्टेन र अन्य वैज्ञानिकहरुले दर्शाएअनुसार, बेलानाकार ब्रह्माण्डको अर्धव्यास R का लागि एउटा सानो वृत्ताकार अर्धव्यास छ, जसको लागि तारहरुका मोडाइ शक्तिहरु ठूलो अर्धव्यासको ब्रह्माण्डका कम्पन शक्तिहरुसँग बराबर हुन्छन् । संक्षेपमा R / 1/R बीचमा एउटा द्वैतता छ । यसलाई T द्वैतता (T-duality) भनिन्छ । यसलाई अर्को ढंगबाट भन्दा यसो भन्न सकिन्छ– त्यसले मोडाइ स्वरुपहरुसँग तारका कम्पन स्वरुपहरु विनिमय गरेर सानो दूरीसँग ठूलो दूरी विनिमय गर्दछ ।

यो द्वैततासँग सम्बन्धित तार सिद्धान्तहरु Type IIA  / Type IIB हुन् । यसको अर्थ के हो भने यहि हामी Type IIA तार सिद्धान्तका हिसावहरु वृत्तकार अर्धव्यास 1/R (ठूला स्तरहरु) को लागि गर्दछौं भने, हामीले वृतीय अर्थव्यास ज्ञरच् (साना स्तरहरु) को लागि परिणामहरु प्राप्त गर्दछौंं । एउटा त्यस्तै द्वैतता Heterotie-E तार सिद्धान्त र Heterotie-E तार सिद्धान्तको बीचमा पनि छ । त्यसकारण सारांशमा अर्थव्यास Rको ब्रह्माण्डमा Type IIA तारको भौतिकशास्त्र वत्तीय अर्धव्यास 1/R को ब्रह्माण्डमा रहेको Type IIB को भौतिकशास्त्रसँग समरुप छ । यसले पाँच महातार सिद्धान्तहरुको संयोजनलाई पूरा गर्दछ । वास्तवमा तिनीहरु सबै द्वैतताहरुको एउटा संजालद्वारा जोडिएका छन् ।

एड्वार्ड विट्टेनले यो नयाँ सिद्धान्तलाई मातृ– सिद्धान्त भनेका थिए । यो मातृ–सिद्धान्तद्वारा एघार–आयामीय महागुरुत्व सिद्धान्तसहित सबै पाँच तार सिद्धान्तहरु जोडिएका छन् ।

मातृ–सिद्धान्तले ब्रह्माण्ड विज्ञानमा पनि योगदान गरेको छ । धेरै पहिलेको ब्रह्माण्डमा गुरुत्व इतर तीन बलहरु बराबार थिए । मातृ–सिद्धान्तअनुसार त्यसभन्दा पनि पहिले अतिउच्च शक्तिको अवस्थामा प्रकृतिको अवस्थामा प्रकृतिका चारै बलहरु समान मूल्य वा मात्राका थिए । ब्रह्माण्डको उत्पत्ति महाविस्फोटबाट भएको थियो, जसमा उच्च शक्तिको अवस्था थियो । त्यसकारण महाविस्फोटको समयमा प्रकृतिका चार बलहरु बराबर अथवा समान थिए ।

यसरी आधुनिक भौतिक विज्ञानको अन्तिम (सर्वोच्च) लक्ष्य एकीकृत सिद्धान्तको खोजलाई दुई महान सिद्धान्तहरु समान्य सापेक्षताको सिद्धान्त र क्वान्टम सिद्धान्तको एकीकरण गर्ने प्रयत्नको रुपमा हेर्न सकिन्छ । त्यसैगरी यसको प्रमाणको रुपमा महाविस्फोटलाई लिन सकिन्छ ।