نازنین
11-05-2007, 12:36
هفت شگفتي عظيم در جهان فيزيك
كورش ضيابري
ترجمه: سيد ايمان ضيابري
هفت شگفتي عظيم در جهان فيزيك ما به جايي رسيدهايم كه كه بدون حل كردن برخي از مشكلات و مسايل فيزيك، نميتوانيم در مورد حقايق و پديدههاي جالب و شگفتانگيز ديگر فيزيكي، اطلاعات بيشتري كسب كنيم. براي درك مفاهيمي مثل خاستگاه و بنياد جهان هستي، سرنوشت نهايي سياهچالههاي فضايي يا امكان سفر در زمان، نياز داريم كه بدانيم جهان هستي چگونه ادامهي حيات ميدهد.
http://cph-theory.persiangig.com/2022-1.JPG
۱) جهان هستي چگونه برپاست؟
ما به جايي رسيدهايم كه كه بدون حل كردن برخي از مشكلات و مسايل فيزيك، نميتوانيم در مورد حقايق و پديدههاي جالب و شگفتانگيز ديگر فيزيكي، اطلاعات بيشتري كسب كنيم. براي درك مفاهيمي مثل خاستگاه و بنياد جهان هستي، سرنوشت نهايي سياهچالههاي فضايي يا امكان سفر در زمان، نياز داريم كه بدانيم جهان هستي چگونه ادامهي حيات ميدهد.
هماكنون يك ايدهي خوب در ذهن ما هست كه ميتواند منتج به كشف حقيقت و بنياد هستي شود. علم فيزيك در قرن بيستم بر پايهي انقلابهاي دوگانهي مكانيك كوانتومي (تئوري ماهيت جسم) و نظريهي معروف اينشتين در مورد فضا، زمان و جاذبه معروف به نسبيت، بنا شده است. اما وقتي شما به دو تعريف نهايي از واقعيت دست پيدا ميكنيد زماني كه تنها يك واقعيت را موجود ميبينيد، اين راضيكننده نيست.
تلاش براي يگانهسازي اين دو تئوري، موانع تكنيكي فني و مفهومي وحشتناكي را بر سر راه بهترين نظريهپردازان فيزيك در طول دهههاي گذشته قرار داده و آنان را به چالش كشيده است. براي مثال از آنجايي كه جاذبه، خودش را به عنوان يك عامل ايجاد انحراف در فضاي چهاربعدي زمان-مكان معرفي ميكند، پذيرش نظريهي كوانتومي در مورد جاذبه ايجاد مشكل ميكند. از يك جهت، اين به معناي پذيرش شك و ترديد هايزنبرگ در مورد فرضيات موجود راجع به زمان – مكان به شكل فينفسه است كه قطعاً مشكلساز خواهد بود.
اما ممكن است اين ترديدها، يك معناي ديگر هم داشته باشند و آن به معناي وجود يك مشكل در رابطه با گرايش و رويكرد ما نسبت به قضيه است. شايد ما نبايد مفهوم جاذبه را به تنهايي بررسي كنيم. اكثر تلاشهايي كه براي يكسانسازي نظريات موجود در مورد جاذبه انجام شدند، خود منجر به اين گشتند كه تعريف كيفيت و كميت جاذبه، وارد يك بحث و ميدان جديد شود كه به ناچار همهي نيروهاي طبيعت مانند همهي اجزاي زيراتمي را به يك چارچوب تئوريك محدود ميكند. اين ايدهيي است كه برخي از فيزيكدانها آن را "تئوري همهچيز" ميخوانند.
نظريهي جديدي كه در حال حاضر مطرح ميشود، نظريهي "فرا-رشتهيي" است كه به وجود حلقههاي كوچك و ريز رشتهيي اتمي به عنوان سازندهي همهي مواد حكم ميدهد. فرضيهي ديگري كه وجود دارد و به تئوري ام مشهور است هنوز كمي پيچيده و مبهم به نظر ميرسد و ميتواند به عنوان لايهيي كه در ابعاد وسيعتر فضايي حركت دارد، تصوير شد. اما مرحله و روند پيشرفت در اين نظريهها در بهترين حالت، اينگونه جمعبندي ميشود كه هيچ كس دقيقاً به ياد نميآورد وجود حرف "M” در نظريهي ام، دقيقاً به چه دليلي است و چه واژهيي را تداعي ميكند. راه درازي در پيش است...
۲) آيا "ضدجاذبه"ي اينشتين واقعاً يك اشتباه بود؟
اينشتين، ضدجاذبه را بزرگترين اشتباه خود ميشمارد. اما به نظر ميرسد كه او با اضافه كردن يك نظريهي ضدجاذبه به فرضيهي نسبيت خود كه آن را شرط فلسفهي انتظام گيتي ميخوانند، كار درستي انجام داده است.
اين شرط اضافه در فرضيهي نسبيت، به فضا يك خاصيت تدافعي نسبت ميدهد به اين معنا كه فضا خودش را دفع ميكند، گستردهتر ميشود و هرچه سريعتر اين روند افزايش گستردگي ادامه مييابد. اينشتين اين عامل به ظاهر بيارزش را اضافه كرد چرا كه تصور ميشد جهان هستي ثابت است و بيحركت. در نتيجه نياز بود تا نيرويي وجود داشته باشد و قدرت كشش جاذبهيي زمين را بالانس و دچار تعادل كند كه مواد موجود بر روي زمين، كوچك و كوچكتر نشوند.
اما در دههي ۱۹۲۰، ادوين هابل كشف كرد كه جهان هستي خود به خود در حال گسترش و افزايش است. در نتيجه اينشتين نيز نظريهي "تعادل انتظامي گيتي" را به دليل ترس، پس گرفت!
اما به نظر ميرسد اين ايده نبايد محو شود. نظريهي كوانتومي ميدانها، ثابت ميكند كه حتي فضاهاي خالي نيز با انرژي زياد در حال طغيان و جنب و جوش هستند. در واقع همان تاثير جاذبهيي g=۱۰ كه نظريهي ضدجاذبهي اينشتين را توصيف ميكند. اين نظريه در مورد قدرت دافعه (كه در مقابل جاذبه مطرح ميشود) مقداري گنگ و مبهم است اما به آن يك ارزش تخميني ميدهد.
تقريباً 10 سال پيش، فضانوردان متوجه شدند كه سرعت گسترش ابعاد جهان هستي در حال افزايش است و در نتيجه نظريات آزمايش خود در مورد نيروي ضدجاذبه را مطرح كردند. در عين ناباوري و سرگرداني فيزيكدانها هم اين فضانوردان، قدرت ضدجاذبه را شامل ۱۲۰ نيرو دانستند كه ۱۰ بار از مقدار پيشبينيشدهي قبلي كوچكتر است.
اين نتيجه، بسيار گمراهكننده و عجيب است. اگر تعادل برقرار شده ميان جاذبه و دافعه، مقداري برابر با صفر بود، در نتيجه يكي از قوانين عميق و مهم طبيعي در موردش صدق ميكرد اما يك عدد غيرصفر كه تازه با تئوري ابتدايي نيز غيرقابل مقايسه شناخته شده را نميشود تعبير كرد.
براي وخيمتر كردن شرايط، كيهانشناسان به ايدهيي علاقهمند شدند كه نيروي دافعهي بسيار قوي و بزرگي در اولين مرحلهي تفكيك پس از انفجار بزرگ يا Big Bang را مطرح ميكند چرا كه اين نظريه، سناريوي جذاب و محبوب مربوط به زمين غيرمسطح و در حال افزايش حجم را تاييد ميكند. با توجه به اين تئوري، جهان هستي پس از تولد و شكلگيري، با سرعتي غيرقابل باور توسط يك عامل قدرتمند و عظيم، تغيير حجم داد و اين نيرو را قدرت ضدجاذبه يا دافعه ايجاد نمود.
در نتيجه اگر بخواهيم دليل و برهاني بر اين افزايش حجم سريع و روزافزون بيابيم، به نظريهيي نياز داريم كه توضيح دهد چرا ضدجاذبه در ابتدا بسيار قوي و شديد بود، سپس با شتاب و سرعت كاهش مقدار پيدا كرد و سپس به مقداري در حوالي صفر رسيد. به عبارت ديگر، ما ميخواهيم بدانيم كه چرا نيروي ضدجاذبه، تقريباً در اولين فازهاي شكلگيري جهان هستي حذف و محو شد اما به طور كلي از بين نرفت؟
يك احتمال اين است كه نيرو بر اثر گذشت زمان، محو ميشود. احتمال ديگر ميتواند اين باشد كه نيرو در فضا تغيير ميكند و در نتيجه ممكن است از وراي دوربين تلسكوپهاي ما، همه چيز بسيار بزرگتر از آنچه هستند نشان داده شوند. اگر اينگونه است، در نتيجه هر جسمي در آن منطقه، با سرعت در كهكشانها و ستارههاي ديگر پخش و متلاشي ميشد و در نتيجه اصلاً هيچ ناظري نميتوانست حضور داشته باشد تا نيرو را اندازه بگيرد.
آنچه كه ما نياز داريم، يك تئوري است كه قدرت نيروي دافعه يا ضدجاذبه را به اندازهي بخشي از قدرت همهي نيروهاي موجود در طبيعت براي ما تعريف كند. متاسفانه به نظر نميرسد كه تئوريهاي موجود مثل تئوري فرارشتهيي يا تئوري "ام"، اين ميزان خاص را مشخص كنند و مقدار كمي كه باقي ميماند هم همچنان ناشناخته و اسرارآميز خواهد بود. در نتيجه بايد دوباره به سوال يك رجوع كنيم!
۳) چرا ما در سه بعد زندگي ميكنيم؟
آيا اينكه زمين ما سه بعد دارد، اتفاقي است يا بايد برايش دنبال يك تعبير عميقتر گشت؟ بعضي از تئوريسينها معتقدند كه فضاي به وجودآمده بر اثر انفجار بزرگ، تنها به صورت اتفاقي از سه بعد تشكيل گشت و ممكن است قسمتهاي ديگري از جهان هستي وجود داشته باشند كه ابعادشان متفاوت باشد.
مثلاً هيچ دليل منطقي نميتوان يافت براي پاسخ به اين سوال كه چرا مثلاً جهان هستي فقط دو بعد ندارد. چندصد سال پيش، ادوين آبوت اثري به نام "زمين مسطح" نوشت كه در آن جهاني دوبعدي را تصوير كرد. جهاني كه در آن اجسام و موجودات حيات خود را تنها بر روي "سطح" ادامه ميدادند. اما فيزيك جهان دوبعدي با فيزيك جهان ما بسيار متفاوت خواهد بود. براي مثال در فضاي دو بعدي، امواج به شفافيت انتشار در فضاي سه بعدي، پخش نميشوند و باعث ايجاد انواع مشكلات در سيگنالرساني و انتقال اطلاعات ميگردند. و نيز از آنجايي كه زندگي آگاهانه، به فرآيند انتقال درست و صحيح اطلاعات بستگي دارد، در نتيجه اين تفاوتها كافي خواهند بود براي اينكه مشاهدات ما را تنها در حد مناطقي ناشناخته محدود نگاه دارند.
تصور كردن فراتر از سه بعد نيز مشكلات مختلفي به همراه خواهد داشت. در چنين حالتي، سيستمهاي نجومي و سيارهيي غيرممكن ميشوند چرا كه عكس قانون جاذبه يعني قانون قدرتهاي افزايشي به وجود خواهد آمد. در نتيجه به نظر ميرسد كه جهان سه بعدي تنها جهاني است كه وجود دارد و فيزيكدانها ميتوانند دربارهاش بنويسند. اما نكات ريزي وجود دارد كه باعث ميشود اين فرضيه با شك و ترديد همراه باشد.
شايد فضا سه بعدي نيست و تنها اينگونه براي ما نشان داده ميشود. شايد فضا ۹ يا ۱۰ بعد دارد و حتي ابعاد بيشتر! برخي از تئوريهايي كه قصد يكپارچهسازي نيروهاي طبيعت را دارند مانند فرضيهي فرا-رشتهيي، امكان وجود تعداد ابعاد بيشتري نسبت به آنچه كه ما ميبينيم را رد نميكنند.
دليلشان نيز اين است كه بسياري از معادلاتي كه براي توصيف وضعيت موجود به كار ميروند، با در نظر گرفتن تعداد بيشتر ابعاد، نتايج بهتري ميدهند! در نتيجه نميتوان آن را كاملاً بيمعني دانست. ابعاد اضافي فضا، سابقهي حل بسياري از مشكلات و مسايل حلناشدني فيزيك را دارند. براي مثال اينشتين براي توصيف كردن جاذبه، به يك بعد اضافي نياز داشت و آن، زمان بود. و تئودور كالوتزا نيز يك بعد به سه بعد اثبات شده اضافه كرد چرا كه ميخواست نظريات جاذبه را با فرضيات ماكسول در مورد الكترومغناطيس، همگون سازد.
مطمئناً ما نميتوانيم بعد چهارم را ببينيم اما اين هم احتمالاً يك دليل دارد. اين بعدهاي اضافه، ميتوانند بسيار كوچك و فشرده شوند. يك لولهي پليمري آب را از دور در نظر بگيريد. مانند يك خط دراز و معوج به نظر ميرسد. از يك بعد نزديكتر آن را نگاه كنيد. به شكل تيوب يا لوله ديده ميشود. اما آنچه كه در حقيقت اين لوله را ميسازد، يك سطح دايرهيي شكل كوچك است كه دور محيط لوله چرخيده است. به طور مشابه، بعد چهارم نيز ميتواند چنين لولهيي باشد كه دور فضاي سهبعدي ميچرخد اما آنقدر كوچك است كه ديده نميشود.
در نتيجه تصور كردن ابعاد بسيار زيادتري كه اينگونه در فضا پنهان شدهاند، به راحتي ممكن است. اما متاسفانه نظريهي فرا-رشتهيي هنوز دقيقاً سه بعد گشودهشده را تاييد نميكند در نتيجه براي تصور ما نسبت به جهان هستي هم تعريف درستي نميتوان ارايه داد.
اما براي تصور كردن يك بعد جديد، راههاي ديگري هم هست. فرض كنيد نيروهاي فيزيكي بتوانند نور و جسم را به يك صفحهي سهبعدي مسطح يا ورقيشكل تقليل دهند و محدود كنند در حالي كه به برخي پديدههاي ديگر فيزيكي اجازه ميدهند تا وارد بعد چهارم شوند. ساكن شدن سطوح دو بعدي به جاي اجسام سهبعدي در فضاهاي مشخص باعث ميشود تا هر جسم و پديدهيي به شكل طرح و نقشهاش نشان داده شود. مثلاً ما يك توپ كرهيي شكل را به صورت دايره ببينيم! به طريق مشابه، ممكن است ادعا شود كه ما در حال حاضر تنها تصويري سه بعدي از اجسام و مفاهيمي را ميبينيم كه در واقع چهاربعدي هستند.
اما فضاي "سه لايهيي" ما ميتواند تنها در چهار بعد نيز محدود نشود. لايههاي قابل كشف ديگري نيز ميتوانند وجود داشته باشند كه در فضاي چهاربعدي حضور دارند. اثبات اين فرضيه، انجام آزمايشهايي تازه را ميطلبد كه وجود بعد چهارم را نيز به ما نشان دهد. اما اين نظريه وجود دارد كه برخورد لايههاي چندبعدي در مقياسهاي اينچنيني ميتواند به تكرار شدن "انفجار بزرگ" منجر گردد در نتيجه حضور ما بر روي كرهي زمين شايد اصلاً مويد همين مطلب باشد كه فضا واقعاً سهبعدي نيست!
بقیه هم بمونه برای بعد !
كورش ضيابري
ترجمه: سيد ايمان ضيابري
هفت شگفتي عظيم در جهان فيزيك ما به جايي رسيدهايم كه كه بدون حل كردن برخي از مشكلات و مسايل فيزيك، نميتوانيم در مورد حقايق و پديدههاي جالب و شگفتانگيز ديگر فيزيكي، اطلاعات بيشتري كسب كنيم. براي درك مفاهيمي مثل خاستگاه و بنياد جهان هستي، سرنوشت نهايي سياهچالههاي فضايي يا امكان سفر در زمان، نياز داريم كه بدانيم جهان هستي چگونه ادامهي حيات ميدهد.
http://cph-theory.persiangig.com/2022-1.JPG
۱) جهان هستي چگونه برپاست؟
ما به جايي رسيدهايم كه كه بدون حل كردن برخي از مشكلات و مسايل فيزيك، نميتوانيم در مورد حقايق و پديدههاي جالب و شگفتانگيز ديگر فيزيكي، اطلاعات بيشتري كسب كنيم. براي درك مفاهيمي مثل خاستگاه و بنياد جهان هستي، سرنوشت نهايي سياهچالههاي فضايي يا امكان سفر در زمان، نياز داريم كه بدانيم جهان هستي چگونه ادامهي حيات ميدهد.
هماكنون يك ايدهي خوب در ذهن ما هست كه ميتواند منتج به كشف حقيقت و بنياد هستي شود. علم فيزيك در قرن بيستم بر پايهي انقلابهاي دوگانهي مكانيك كوانتومي (تئوري ماهيت جسم) و نظريهي معروف اينشتين در مورد فضا، زمان و جاذبه معروف به نسبيت، بنا شده است. اما وقتي شما به دو تعريف نهايي از واقعيت دست پيدا ميكنيد زماني كه تنها يك واقعيت را موجود ميبينيد، اين راضيكننده نيست.
تلاش براي يگانهسازي اين دو تئوري، موانع تكنيكي فني و مفهومي وحشتناكي را بر سر راه بهترين نظريهپردازان فيزيك در طول دهههاي گذشته قرار داده و آنان را به چالش كشيده است. براي مثال از آنجايي كه جاذبه، خودش را به عنوان يك عامل ايجاد انحراف در فضاي چهاربعدي زمان-مكان معرفي ميكند، پذيرش نظريهي كوانتومي در مورد جاذبه ايجاد مشكل ميكند. از يك جهت، اين به معناي پذيرش شك و ترديد هايزنبرگ در مورد فرضيات موجود راجع به زمان – مكان به شكل فينفسه است كه قطعاً مشكلساز خواهد بود.
اما ممكن است اين ترديدها، يك معناي ديگر هم داشته باشند و آن به معناي وجود يك مشكل در رابطه با گرايش و رويكرد ما نسبت به قضيه است. شايد ما نبايد مفهوم جاذبه را به تنهايي بررسي كنيم. اكثر تلاشهايي كه براي يكسانسازي نظريات موجود در مورد جاذبه انجام شدند، خود منجر به اين گشتند كه تعريف كيفيت و كميت جاذبه، وارد يك بحث و ميدان جديد شود كه به ناچار همهي نيروهاي طبيعت مانند همهي اجزاي زيراتمي را به يك چارچوب تئوريك محدود ميكند. اين ايدهيي است كه برخي از فيزيكدانها آن را "تئوري همهچيز" ميخوانند.
نظريهي جديدي كه در حال حاضر مطرح ميشود، نظريهي "فرا-رشتهيي" است كه به وجود حلقههاي كوچك و ريز رشتهيي اتمي به عنوان سازندهي همهي مواد حكم ميدهد. فرضيهي ديگري كه وجود دارد و به تئوري ام مشهور است هنوز كمي پيچيده و مبهم به نظر ميرسد و ميتواند به عنوان لايهيي كه در ابعاد وسيعتر فضايي حركت دارد، تصوير شد. اما مرحله و روند پيشرفت در اين نظريهها در بهترين حالت، اينگونه جمعبندي ميشود كه هيچ كس دقيقاً به ياد نميآورد وجود حرف "M” در نظريهي ام، دقيقاً به چه دليلي است و چه واژهيي را تداعي ميكند. راه درازي در پيش است...
۲) آيا "ضدجاذبه"ي اينشتين واقعاً يك اشتباه بود؟
اينشتين، ضدجاذبه را بزرگترين اشتباه خود ميشمارد. اما به نظر ميرسد كه او با اضافه كردن يك نظريهي ضدجاذبه به فرضيهي نسبيت خود كه آن را شرط فلسفهي انتظام گيتي ميخوانند، كار درستي انجام داده است.
اين شرط اضافه در فرضيهي نسبيت، به فضا يك خاصيت تدافعي نسبت ميدهد به اين معنا كه فضا خودش را دفع ميكند، گستردهتر ميشود و هرچه سريعتر اين روند افزايش گستردگي ادامه مييابد. اينشتين اين عامل به ظاهر بيارزش را اضافه كرد چرا كه تصور ميشد جهان هستي ثابت است و بيحركت. در نتيجه نياز بود تا نيرويي وجود داشته باشد و قدرت كشش جاذبهيي زمين را بالانس و دچار تعادل كند كه مواد موجود بر روي زمين، كوچك و كوچكتر نشوند.
اما در دههي ۱۹۲۰، ادوين هابل كشف كرد كه جهان هستي خود به خود در حال گسترش و افزايش است. در نتيجه اينشتين نيز نظريهي "تعادل انتظامي گيتي" را به دليل ترس، پس گرفت!
اما به نظر ميرسد اين ايده نبايد محو شود. نظريهي كوانتومي ميدانها، ثابت ميكند كه حتي فضاهاي خالي نيز با انرژي زياد در حال طغيان و جنب و جوش هستند. در واقع همان تاثير جاذبهيي g=۱۰ كه نظريهي ضدجاذبهي اينشتين را توصيف ميكند. اين نظريه در مورد قدرت دافعه (كه در مقابل جاذبه مطرح ميشود) مقداري گنگ و مبهم است اما به آن يك ارزش تخميني ميدهد.
تقريباً 10 سال پيش، فضانوردان متوجه شدند كه سرعت گسترش ابعاد جهان هستي در حال افزايش است و در نتيجه نظريات آزمايش خود در مورد نيروي ضدجاذبه را مطرح كردند. در عين ناباوري و سرگرداني فيزيكدانها هم اين فضانوردان، قدرت ضدجاذبه را شامل ۱۲۰ نيرو دانستند كه ۱۰ بار از مقدار پيشبينيشدهي قبلي كوچكتر است.
اين نتيجه، بسيار گمراهكننده و عجيب است. اگر تعادل برقرار شده ميان جاذبه و دافعه، مقداري برابر با صفر بود، در نتيجه يكي از قوانين عميق و مهم طبيعي در موردش صدق ميكرد اما يك عدد غيرصفر كه تازه با تئوري ابتدايي نيز غيرقابل مقايسه شناخته شده را نميشود تعبير كرد.
براي وخيمتر كردن شرايط، كيهانشناسان به ايدهيي علاقهمند شدند كه نيروي دافعهي بسيار قوي و بزرگي در اولين مرحلهي تفكيك پس از انفجار بزرگ يا Big Bang را مطرح ميكند چرا كه اين نظريه، سناريوي جذاب و محبوب مربوط به زمين غيرمسطح و در حال افزايش حجم را تاييد ميكند. با توجه به اين تئوري، جهان هستي پس از تولد و شكلگيري، با سرعتي غيرقابل باور توسط يك عامل قدرتمند و عظيم، تغيير حجم داد و اين نيرو را قدرت ضدجاذبه يا دافعه ايجاد نمود.
در نتيجه اگر بخواهيم دليل و برهاني بر اين افزايش حجم سريع و روزافزون بيابيم، به نظريهيي نياز داريم كه توضيح دهد چرا ضدجاذبه در ابتدا بسيار قوي و شديد بود، سپس با شتاب و سرعت كاهش مقدار پيدا كرد و سپس به مقداري در حوالي صفر رسيد. به عبارت ديگر، ما ميخواهيم بدانيم كه چرا نيروي ضدجاذبه، تقريباً در اولين فازهاي شكلگيري جهان هستي حذف و محو شد اما به طور كلي از بين نرفت؟
يك احتمال اين است كه نيرو بر اثر گذشت زمان، محو ميشود. احتمال ديگر ميتواند اين باشد كه نيرو در فضا تغيير ميكند و در نتيجه ممكن است از وراي دوربين تلسكوپهاي ما، همه چيز بسيار بزرگتر از آنچه هستند نشان داده شوند. اگر اينگونه است، در نتيجه هر جسمي در آن منطقه، با سرعت در كهكشانها و ستارههاي ديگر پخش و متلاشي ميشد و در نتيجه اصلاً هيچ ناظري نميتوانست حضور داشته باشد تا نيرو را اندازه بگيرد.
آنچه كه ما نياز داريم، يك تئوري است كه قدرت نيروي دافعه يا ضدجاذبه را به اندازهي بخشي از قدرت همهي نيروهاي موجود در طبيعت براي ما تعريف كند. متاسفانه به نظر نميرسد كه تئوريهاي موجود مثل تئوري فرارشتهيي يا تئوري "ام"، اين ميزان خاص را مشخص كنند و مقدار كمي كه باقي ميماند هم همچنان ناشناخته و اسرارآميز خواهد بود. در نتيجه بايد دوباره به سوال يك رجوع كنيم!
۳) چرا ما در سه بعد زندگي ميكنيم؟
آيا اينكه زمين ما سه بعد دارد، اتفاقي است يا بايد برايش دنبال يك تعبير عميقتر گشت؟ بعضي از تئوريسينها معتقدند كه فضاي به وجودآمده بر اثر انفجار بزرگ، تنها به صورت اتفاقي از سه بعد تشكيل گشت و ممكن است قسمتهاي ديگري از جهان هستي وجود داشته باشند كه ابعادشان متفاوت باشد.
مثلاً هيچ دليل منطقي نميتوان يافت براي پاسخ به اين سوال كه چرا مثلاً جهان هستي فقط دو بعد ندارد. چندصد سال پيش، ادوين آبوت اثري به نام "زمين مسطح" نوشت كه در آن جهاني دوبعدي را تصوير كرد. جهاني كه در آن اجسام و موجودات حيات خود را تنها بر روي "سطح" ادامه ميدادند. اما فيزيك جهان دوبعدي با فيزيك جهان ما بسيار متفاوت خواهد بود. براي مثال در فضاي دو بعدي، امواج به شفافيت انتشار در فضاي سه بعدي، پخش نميشوند و باعث ايجاد انواع مشكلات در سيگنالرساني و انتقال اطلاعات ميگردند. و نيز از آنجايي كه زندگي آگاهانه، به فرآيند انتقال درست و صحيح اطلاعات بستگي دارد، در نتيجه اين تفاوتها كافي خواهند بود براي اينكه مشاهدات ما را تنها در حد مناطقي ناشناخته محدود نگاه دارند.
تصور كردن فراتر از سه بعد نيز مشكلات مختلفي به همراه خواهد داشت. در چنين حالتي، سيستمهاي نجومي و سيارهيي غيرممكن ميشوند چرا كه عكس قانون جاذبه يعني قانون قدرتهاي افزايشي به وجود خواهد آمد. در نتيجه به نظر ميرسد كه جهان سه بعدي تنها جهاني است كه وجود دارد و فيزيكدانها ميتوانند دربارهاش بنويسند. اما نكات ريزي وجود دارد كه باعث ميشود اين فرضيه با شك و ترديد همراه باشد.
شايد فضا سه بعدي نيست و تنها اينگونه براي ما نشان داده ميشود. شايد فضا ۹ يا ۱۰ بعد دارد و حتي ابعاد بيشتر! برخي از تئوريهايي كه قصد يكپارچهسازي نيروهاي طبيعت را دارند مانند فرضيهي فرا-رشتهيي، امكان وجود تعداد ابعاد بيشتري نسبت به آنچه كه ما ميبينيم را رد نميكنند.
دليلشان نيز اين است كه بسياري از معادلاتي كه براي توصيف وضعيت موجود به كار ميروند، با در نظر گرفتن تعداد بيشتر ابعاد، نتايج بهتري ميدهند! در نتيجه نميتوان آن را كاملاً بيمعني دانست. ابعاد اضافي فضا، سابقهي حل بسياري از مشكلات و مسايل حلناشدني فيزيك را دارند. براي مثال اينشتين براي توصيف كردن جاذبه، به يك بعد اضافي نياز داشت و آن، زمان بود. و تئودور كالوتزا نيز يك بعد به سه بعد اثبات شده اضافه كرد چرا كه ميخواست نظريات جاذبه را با فرضيات ماكسول در مورد الكترومغناطيس، همگون سازد.
مطمئناً ما نميتوانيم بعد چهارم را ببينيم اما اين هم احتمالاً يك دليل دارد. اين بعدهاي اضافه، ميتوانند بسيار كوچك و فشرده شوند. يك لولهي پليمري آب را از دور در نظر بگيريد. مانند يك خط دراز و معوج به نظر ميرسد. از يك بعد نزديكتر آن را نگاه كنيد. به شكل تيوب يا لوله ديده ميشود. اما آنچه كه در حقيقت اين لوله را ميسازد، يك سطح دايرهيي شكل كوچك است كه دور محيط لوله چرخيده است. به طور مشابه، بعد چهارم نيز ميتواند چنين لولهيي باشد كه دور فضاي سهبعدي ميچرخد اما آنقدر كوچك است كه ديده نميشود.
در نتيجه تصور كردن ابعاد بسيار زيادتري كه اينگونه در فضا پنهان شدهاند، به راحتي ممكن است. اما متاسفانه نظريهي فرا-رشتهيي هنوز دقيقاً سه بعد گشودهشده را تاييد نميكند در نتيجه براي تصور ما نسبت به جهان هستي هم تعريف درستي نميتوان ارايه داد.
اما براي تصور كردن يك بعد جديد، راههاي ديگري هم هست. فرض كنيد نيروهاي فيزيكي بتوانند نور و جسم را به يك صفحهي سهبعدي مسطح يا ورقيشكل تقليل دهند و محدود كنند در حالي كه به برخي پديدههاي ديگر فيزيكي اجازه ميدهند تا وارد بعد چهارم شوند. ساكن شدن سطوح دو بعدي به جاي اجسام سهبعدي در فضاهاي مشخص باعث ميشود تا هر جسم و پديدهيي به شكل طرح و نقشهاش نشان داده شود. مثلاً ما يك توپ كرهيي شكل را به صورت دايره ببينيم! به طريق مشابه، ممكن است ادعا شود كه ما در حال حاضر تنها تصويري سه بعدي از اجسام و مفاهيمي را ميبينيم كه در واقع چهاربعدي هستند.
اما فضاي "سه لايهيي" ما ميتواند تنها در چهار بعد نيز محدود نشود. لايههاي قابل كشف ديگري نيز ميتوانند وجود داشته باشند كه در فضاي چهاربعدي حضور دارند. اثبات اين فرضيه، انجام آزمايشهايي تازه را ميطلبد كه وجود بعد چهارم را نيز به ما نشان دهد. اما اين نظريه وجود دارد كه برخورد لايههاي چندبعدي در مقياسهاي اينچنيني ميتواند به تكرار شدن "انفجار بزرگ" منجر گردد در نتيجه حضور ما بر روي كرهي زمين شايد اصلاً مويد همين مطلب باشد كه فضا واقعاً سهبعدي نيست!
بقیه هم بمونه برای بعد !