سه مفهوم بسیار پیچیده از جهان چند بُعدی

بیگ بنگ: نزدیک به یک قرن پیش کشف ادوین هابل درباره پدیده “انتقال به سرخ نور کهکشان ها” (red-shifting) در همه جهات نشان داد که جهان در حال انبساط است. از ترکیب این کشف هابل و تعدادی از مفاهیم هندسه نا اقلیدسی مشخص شد که کیهان دارای بیش از سه بعدی است که در زندگی روزمرمان با آن آشنایی داریم.

howaregalaxiبه گزارش بیگ بنگ، چون بخش‌های مختلف کیهان به شکلی جدا از هم در حال حرکت هستند، هنوز هیچ نقطه مشخصی بعنوان مبدا و مرکز انبساط جهان تعیین نشده است. یک بادکنک را در نظر بگیرید، پوست آن را می توان یک سطح دو بُعدی در نظر گرفت (مانند دو بُعدی فرض کردن صفحه کاغذ که از ضخامت کاغذ صرف نظر می شود)، همچنانکه بادکنک در حال باد شدن است، پوست آن هم بزرگ و بزرگتر می شود، و این سطح دو بُعدی در یک فضای سه بُعدی طوری گسترش می یابد که هیچ نقطۀ مبدا برای انبساط سطح پوست بادکنک وجود ندارد. حال اگر این مفهوم را به انبساط فضای سه بعدی جهان بر روی چهار بُعد تعمیم دهیم، این پدیده راحت‌تر درک می شود. همچنین از همین منظر خم شدن، پیچش و تاب برداشتن فضای سه بعدی روی چهار بعد توجیه می شود، همانطور که پوست بادکنک در فضای سه بعدی میتواند خم شده یا تاب بردارد.

ما ابعاد اضافی را نمی بینیم، یا احساس نمی کنیم، با این حال فیزیک نظری پیش‌بینی می کند که آنها باید وجود داشته باشند. اما کاربردی هم برای ابعاد اضافی وجود دارد؟ آیا آنها می توانند بخشی از فیزیک کاربردی شوند؟

۱-حرکت مافوق نور

دانشمندان برای توضیح درباره بعد چهارم، دائما از تشبیه‌ها استفاده می کنند، مثلا چیزی به نام ابرمکعب(Hypercube) یا رمان قرن نوزدهمی تخستان(Flatland) اثر ادوین ابوت، این کتاب زندگی موجودات دو بعدی در یک جهان مسطح را به تصویر کشیده است که فقط دارای ابعاد طول و عرض هستند. تخستانی‌ها قادر به درک بعد سوم نیستند، آنها از موجودات سه بعدی فقط یک سطحشان را می بینند، چیزی شبیه ِ توموگرافی یا تصویربرداری ام آر آی (MRI) که از قسمت‌های مختلف بدن عکسبرداری می شود. برشی از یک قسمت ِ پا با برشی از قسمتی چند میلیمتر بالاتر از آن تقریبا یکسان است، اما یک برش از کمر یا سینه، تصویری کاملا متفاوت را نشان می دهد. با تعمیم این موضوع، می توانیم درک کنیم، تصویری که ما از محیط سه بعدی می بینیم تنها یکی از بی‌نهایت برش‌ ِ یک محیطی چهار بعدی است.

shutterstockاما مفاهیم در فراتر از چهار بعد، بسیار شگفت‌انگیزتر و تجسمشان سخت‌تر می شود. مهمترین نظریه در این رابطه، نظریه M است، این نظریه میان نظریه‌های ناهماهنگ ابرریسمان، اتحاد ایجاد می کند. در نظریه M بسته به نوع تبیین ۱۰ یا ۱۱ بُعد وجود دارد. به جز سه بعدی که در زندگی روزمره‌مان با آنها سر و کار داریم و همچنین بعد زمان، دیگر ابعاد فشرده و کوچک هستند (فشرده و کوچک از این بابت که اگر بر روی یکی از این ابعاد اضافی به حرکت در آییم، پس از طی مسافتی کوتاه به مکان اولیه خود باز می گردیم) اما چیزی که در این مورد بیشتر مورد توجه است، این است که ابعاد اضافی یا فشرده، لزوما فشرده نمی مانند و همانطور که ریچارد ابوسی مدیر سازمان تحقیقات سفینه‌های فضایی ناسا می گوید، این ابعاد مانند جعبه می توانند باز شوند.

«اگر یک تمدن پیشرفته یاد بگیرد که چگونه می توان ابعاد اضافی را دستکاری کرد، ممکن است از آنها برای تکنولوژی حرکت مافوق نور استفاده کند» ابوسی در این رابطه مطرح می کند که، اگر به شکلی کنترل شده اقدام به گشودن ابعاد اضافی کنیم، می توانیم سه بعد اصلی که می شناسیم را فشرده کرده یا گسترش دهیم. اگر به طور هماهنگ فضای جلوی فضاپیمایمان را فشرده کرده و فضای پشت آن را گسترش دهیم، می توانیم به سرعت مافوق نور دست پیدا کنیم.[ماشین وارپ]

اما هنوز برای آماده شدن برای سفر به منظومۀ آلفا قنطورس به کمک این تکنولوژِی زود است، ابوسی اعتراف می کند مشکلی که در این رابطه وجود دارد این است که هنوز هیچ شواهدی دال بر اینکه ابعاد اضافی فرضیۀ ما وجود خارجی دارند، در دسترس نیست. احتمالا در آینده با کمک شواهدی که از آزمایشات برخورد دهنده هاردونی بزرگ به دست می آید، ما به وجود این ابعاد پنهان پی خواهیم برد. اما حتی با داشتن چنین مدارکی، اینکه این پدیده منجر به حرکت مافوق نور شود، در حد حدس و گمان است.

۲-سفر در زمان

زمان با ابعاد فضایی که می شناسیم کاملا متفاوت است، اما معمولا بعنوان یک بُعد در نظر گرفته می شود. ما پی در پی در حال حرکت بر روی محور زمان هستیم. و هنوز به تکنولوژِی‌ای که بتواند زمان را به عقب برگرداند و تاریخ را تغییر دهد، دست پیدا نکرده‌ایم. اگر با کمک روشی می شد ابعاد را تحت کنترل خود در آوریم، آنگاه به شکلی که از درک سه بعدی ما از جهان خارج است، می توانستیم به مکان‌های دور افتاده‌ای در فضا تونل بزنیم، یا اینکه به حالتی ابهام آمیزتر، تونل‌هایی ایجاد می کردیم که به دوره‌های زمانی در گذشته یا آینده سر در می آوردند.

multidimensionalطرفداران فیلم پیشتازان فضا(Star Trek) می دانند فلسفه سفر به گذشته بسیار گیج‌کننده است، وقتی به گذشته سفر می کنید می توانید تاریخ را عوض کنید، می توانید از سلسله وقایعی که موجب به وجود آمدن خودتان شده است، جلوگیری کنید و بسیاری کارهای تناقض‌آمیز دیگر. اما سفر به آینده اینطور نیست، با کمک سرعت‌های بالا بدون اینکه درگیر تناقض‌های پیچیدۀ فلسفه زمان شویم، میتوانیم به آینده سفر کنیم.

در مفهوم اتساع زمان که توسط نسبیت خاص اینیشتن پیش‌بینی شده، اگر سرعت فضاپیمایمان را به سرعت نور نزدیک کنیم، زمان از نظر ما کندتر سپری می شود. میزان این کندی را با عاملی به نام فاکتور گاما(Gamma Factor) می سنجند. بنابراین تعریف، اگر سرعت فضاپیما ۰٫۸۷ برابر سرعت نور باشد، شاخص گاما مساوی ۲ می شود، یعنی هر یک دقیقه‌ای که در فضاپیما سپری می شود، برای ناظر زمینی ۲ دقیقه به نظر می رسد. اگر سرعت فضاپیما به ۰٫۹۴ برابر سرعت نور برسد، شاخص گاما برابر ۳ می شود و در ۰٫۹۹۹۲ برابر سرعت نور شاخص گاما به ۲۵ می رسد، این میزان از تفاوت زمانی، سفر به آینده را تا حد قابل توجهی میسر می کند.

با چنین سرعتی طی دو سال می توانیم به سمت ستاره وگا(Vega)، که در فاصلۀ ۲۵ سال نوری از زمین واقع شده، برویم و برگردیم، اما وقتی که به زمین می رسیم می بینیم که نیم قرن گذشته است. درستی پدیده اتساع زمان برای ما قطعی شده است، چون قبلا آن را به کمک ذرات زیر اتمی اثبات کرده‌ایم. اگرچه در حال حاضر امکان انجام آن بر روی انسان‌ها میسر نیست، اما ممکن است در آینده به کمک تلکنولوژی پیشرفته‌ای همچون همجوشی هسته‌ای، بر این محدودیت‌ها فائق آییم.

۳-کرمچاله‌های قابل عبور

روش دیگری که حمل و نقل چند بُعدی در کیهان را ممکن می کند “کرمچاله‌ها” هستند. “کارل سیگن”(نویسنده و مروج موفق اخترشناسی) هنگامی که برای داستان علمی خود به راه حلی برای سفر میان ستاره‌ای نیاز داشت با فیزیکدان نظری، “کیپ تورن” مشورت کرد. کیپ تورن با حل معادلات فیزیکی نشان داد که تنها راه حل ِ موجود استفاده از کرمچاله قابل عبور ِ پایدار است. سیستم تونل مانندی که مناطق مختلف فضا-زمان را به هم متصل می کند. نزدیک به یک دهه قبل از اینکه “میگل آلوبیره” نشان دهد بر اساس نسبیت عام اینشتین می توان مشابه فیلم پیشتازان فضا با سرعت مافوق نور حرکت کرد، سیگن مفهوم کرم‌چاله را تنها ابزار علمی معتبر برای رفت و برگشت سریع بین ِ کهکشان معرفی کرد.

یک تمدن پیشرفته می تواند با کمک کرمچاله‌ها تونلی بین دو نقطه از صفحۀ فضا-زمان ایجاد کند. در اصل این نقاط ورود و خروج روی صفحه فضا-زمان روش دیگری از جابجایی به کمک بُعد چهارم است. اگر ما قادر به استفاده از تلکنولوژی کرمچاله‌ای بودیم می توانستیم، در جایی درون منظومه شمسی دروازه‌ای ایجاد کنیم که به نقطه‌ای در منظومه ستاره‌ای دیگر که دارای سیاره‌ای مشابه زمین است، منتهی شود. چیزی که در داستان‌های علمی- تخیلی به آن دروازۀ ستارگان می گویند.

shutterstockبراساس یافته‌های ریاضی بدست آمده از معادلات نسبیت عام (که بعنوان معادلات میدان اینشتین شناخته می شوند) تکلنولوژی مافوق نور و کرمچاله‌های قابل انتقال، به پدیده‌ای به نام انرژی منفی نیاز دارند. تجسم این پدیده پیچیده از نظر شهودی بسیار سخت است، اما بخشی از نظریه کوانتوم از وجود آن حمایت می کند. فیزیکدانان با کمک تکنولوژِی نورشناخت کوانتومی(Quantum optics) و پدیده‌ای به نام اثر کاسیمیر(Casimir effect) توانسته‌اند که مقدار ناچیزی از انرژِی منفی را تولید کنند. اما تولید آن در مقیاس بزرگ به مقادیر عظیمی از نیروی گرانش نیاز دارد، که در حال حاضر ما قادر به ایجاد آن نیستیم.

اریک دیویس، محقق ارشد موسسه مطالعات پیشرفته آستین-تگزاس، که یک متخصص در زمینۀ مفاهیم سرعت‌های بالاتر از نور است، امیدوارکننده‌ترین راه برای تولید انرژی منفی را استفاده از دستگاهی کوانتومی به نام آینه فورد-اسوایتر(Ford-Svaiter mirrors) می داند. این وسیله که هنوز ساخته نشده، اما قابلیت تولید را دارد می تواند انرژِی منفی را متمرکز کرده و یک کرمچاله کوچک ایجاد کند. البته دیویس معتقد است که دستگاه در مقیاس‌های بالاتر می تواند کرمچاله‌های بزرگتری ایجاد کند که برای ورود یک فضاپیما کافی باشد. در ابتدا ممکن است  با آینه فورد-اسوایتر جهت‌یابی برای پیدا کردن نقطه خروجی کرمچاله‌ها به درستی صورت نگیرد؛ اما از نظر تئوری ساخت یک تنظیم کننده برای نقاط خروجی امکان‌پذیر است.

اولین کرمچاله‌ای که با ورودی و خروجی پایدار ساخته شود، ما را قادر می سازد که بین زمین و مقصد میان ستاره‌ایمان رفت و آمد داشته باشیم. می توانیم منظومه‌های ستاره‌ای مختلف را کاوش کنیم، و سیارات قابل سکونت را برای مهاجرت پیدا کنیم. همچنین می توانیم از این حرکت بعنوان نقطه آغازی برای دست آوردهای بیشتر استفاده کنیم. مثلا کم‌کم می توانیم در گوشه و کنار کهکشان، شبکه‌هایی از کرمچاله‌ها ایجاد کنیم. یا اینکه حتی ممکن است همانطور که کارل سیگن گفت، در برخی نقاط تونل‌های کرمچاله‌ای ما به شبکه‌هایی که از قبل وجود داشته‌اند، راه پیدا کنند. البته بهتر است قبل از هر چیز قوائد استفاده از این شبکه‌ها را خوب یاد بگیریم، برای اینکه ممکن است در آنجا با ترافیک روبرو شویم!

نویسنده: دیوید وارم فلش

ترجمه: امین میرزایی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: discovermagazine.com

(21 نفر , میانگین : 4٫57 از 5)
لینک کوتاه مقاله : https://bigbangpage.com/?p=53227
امین میرزایی

امین میرزایی

دانشجوی کارشناسی روانشناسی-علاقه‌مند به نجوم، کیهان شناسی، روانشناسی، جامعه شناسی میباشد و در زمینه انتشار مقاله با وب سایت بیگ بنگ همکاری می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۸ پاسخ‌ها

  1. اميد گفت:

    شاید زمان زیاد باید بگذرد تا به این پیشرفتها برسیم

  2. بهنام طیبی گفت:

    این مقاله ها خیلی خوب
    باتشکر از مترجم گرامی

  3. mostafa1369 گفت:

    با سلام…به نظر بنده که زمان مثل ظرفی ست که جهان و هستی ماده درون ان هست…..و جالب این است که این ظرف دائم در حال تغییر است یعنی زمان بی شکل است در هستی….مثل خمیر که در دست میگیریم و به هر شکل در می اید….ولی زمان برای ما زمینی ها جور دیگریست به دلیل مسائل بدن و ساختار انسان…ممنون از سایت بینظیرتون

  4. ماکان گفت:

    مقاله ای بسیار زیبا و جامع در مقوله جهان چند بعدی و کاربرد آن در دنیای تکنولوژی.
    نویسنده به زیبایی مفاهیم پیچیده ای نظیر حرکت مافوق نور،ابعاد پیچیده هستی،کرمچاله ها،گریز به ابر فضا،اتساع زمانی،انرژی منفی و نظریه های شفاهی مرتبط با این موضوعات را ساده و کوتاه در مقاله توضیح داده.
    تعداد انگشت شماری از این دست مقاله های جامع و کوتاه در این چند سال اخیر مطالعه کردم که بسیار تاثیرگذار بودند وبا زیرکی درک مسائل پیچیده کیهانشناسی را در سطح سواد عمومی جامعه عرضه کردند.
    با تشکر از امین میرزایی عزیز بابت ترجمه روان و انتخاب مقاله زیبای علمی.
    یاعلی موفق باشید.

  5. Arco گفت:

    بنده با شما کاملا موافقم.
    بسیار با زبان ساده هم نوشته شده هم بسیار ساده و روان این مطالب پیچیده ترجمه شده.
    دست مریزاد

  6. علی گفت:

    مطالب رو خوندم و وظیفه دونستم تشکر کنم بخاطر لذتی که باعثش شدید موقع خوندن داشته باشم. ممنون

  7. من گفت:

    خیلی دوست داشتم منم راحت درک میکردم… ولی خب مطمئنم باید چندین و چند بار از روش بخونم تا یه چیزی دست گیرم بشه

  8. arash گفت:

    سلام
    با توجه به اینکه با نزدیک شدن به سرعت نور زمان به سمت صفر و ایستادن میل میکند آیا این امکان وجود دارد که در سرعت های فراتر از سرعت نور (با فرض اینکه امکان پذیر باشد) زمان به حالت ریورس و عقب برگردد؟

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.