بیگ بنگ: به منظور توصیف دقیقی از کیهان، نظریات فیزیکی به طرز فزاینده‌ای برای توضیح رازهای طبیعت به ابعاد اضافی متوسل می شوند. مشکل این است که چطور می توان وجود چنین چیز فرّاري را اثبات کرد؟ آزمایش های جدید به کمک شتاب دهنده هادرونی بزرگ(LHC) شاید سرانجام به ما بگویند که کیهان دارای چند بعد اضافی است.

به گزارش بیگ بنگ، چند بُعد وجود دارد؟ آیا زمان یک بعد است؟ آیا فضا-زمان سه بعدی ما عنصری از یک جهان چند بعدی بزرگتر میباشند؟ این سؤالات بارها و بارها پرسیده شده‌اند و پاسخ های متعددی هم برای آنها داده شده است. از کاوش فیزیک سه بعدی پائول ارنفست در سال 1917 گرفته تا نظریات دهه‌ی 1990 میلادی، کارشناسان در طول سالیان پاسخ های خاص خودشان را پیشنهاد داده‌اند. اما با پیشرفت فناوری های مجهز به نظریات و مدل های ریاضی جدید، ما امروزه در جایگاه منحصربفردی برای درک یکی از پیچیده ترین رازهای جهان قرار گرفته ایم.

ابعاد، گرانش و نور

ایده اصلی تمامی نظریاتی که با تعداد ابعاد سر و کار دارند، نیروهای بنیادی گرانش و نور میباشد که پیرامون هر دوی آنها بیشترین مطالعه و مشاهده در جهان فیزیکی صورت گرفته است. از بین چهار نیروی اصلی در طبیعت (مابقی نیروهای هسته ای ضعیف و قوی اند)، مطالعه گرانش و الکترومغناطیس(که نقش سازنده‌ای در ایجاد نور دارد) یکی از پیچیده ترین کارهاست. این دو نیرو نظریه پردازان و دانشمندان بسیاری را به بن بست کشانده‌اند. بررسی این نیروها در کنار هم می تواند نتایج پیچیده ای داشته باشد.

مدل های بسیاری از این ویژگی های قابل مشاهده جهان برای ایجاد فرضیات و نظریات پیرامون نحوه کارکردهای کیهان بدست آمده است. در یکی از مدل های ساده پیشنهاد شد که جهان از سه بعد “طول، عرض و عمق” تشکیل یافته است. رسیدن به چنین مدلی کار دشواری‌ نیست زیرا نحوه درک و مشاهده جهان برای ما به این شکل است: کاملا منطقی و شهودی.

اما این تقسیم مرتب سه گانه ی جهان بطور دقیق جوابگوی نحوه ی تجربه انسان از جهان نیست. به منظور بررسی بیشتر این مسئله، برخی ریاضی دانان از قبیل هرمان و مينکوفسکى به ترکیب سه بعد فضایی با بعد چهارم پرداختند تا به یک توصیف مبتنی بر فضا-زمان از واقعیت دست یابند. اینجاست که بر پیچیدگی مسائل افزوده می شود. ناسازگاری ها و ناهمخوانی های عجیبی وجود دارند که به نظر غیر قابل بررسی می رسند. برای مثال، چرا گرانش در چنین مقیاس عظیمی(سیارات، ستارگان و کهکشان ها ) عمل می کند، اما سایر نیروها عملکردی در مقیاس کوچک دارند. به دیگر سُخن، چرا گرانش بسیار ضعیف تر از چهار نیروی اصلی دیگر است؟

پائول هالپرن در مقاله جالبی برای PBS مسئله را با مثال ساده تری توضیح داد: پونزى با یک آهنربای کوچک آشپزخانه ای در دست بگیرید و ببینید که جذب آن چگونه بر کشش گرانشى کل زمین تاثیر می گذارد. بنابراین، چندین نظریه برای جبران این ناهمخوانی ها به پیشنهاد رسید. با توجه به پژوهش های تئودور کالوزا و اُسکار کلين در دهه‌ی 1920 میلادی، نظریات ابر ریسمان این ایده را به پیش کشیدند که ارتعاش ریسمان های انرژی کوچک عامل اصلی برای هر آنچه که ما در طبیعت مشاهده می کنیم، هستند. این نظریات تنها در جهان هایی متشکل از ده بعد یا بیشتر موثر واقع می شوند و شش بعد دیگر در فضایی کوچک فراتر از حدود مشاهده جای می گیرند.

روش دیگر (نظریه M) این جهان ده بعدی متشکل از ریسمان و غشاهای پر انرژی را درون یک بُعد اضافی بزرگ و قابل مشاهده به نام bulk یا حجم می گنجاند. در این مفهوم، ماده و انرژی و اکثر نیروهای اصلی بصورت مخفیانه به غشاهای پر انرژی فضا-زمان تکیه می کنند. اما گرانش عملکرد آزادانه ای دارد. به همین منظور، ذره ریزتر از اتم “گراويتون” (حامل های انرژی گرانشى) می توانند به درون حجم bulk تراوش نمایند. این عامل باعث کاهش استحکام کوچک مقیاس گرانش می شود اما همچنان نیرویی بر فواصل بزرگ اعمال می کند.

دستگاه شتاب دهنده ذرات زیر هسته‌ای هادرون را بکار می گیرید. این دستگاه که در ژنو سوئیس قرار دارد، شاید پاسخگوی راز ابعاد باشد زیرا از قابلیت اجرای عملیات برخورد ذرات بسیار پر انرژی برخوردار است. کارشناسان می توانند به کمک آن آزمایشات اختصاصی انجام داده و به نظریات بهتری دست یابند. دانشمندان هم اکنون به دنبال سه رخداد ویژه برای اثبات وجود ابعاد بیشتر هستند: وجود آثاری از ذرات، چیزی شبیه پژواک های منعکس شده؛ انرژی گم شده ناشی از حرکت ذرات ریزتر از اتم گراويتون به سمت ابعاد بالاتر و سیاهچاله های بسیار کوچک. این احتمالات در آزمایش های آتی مورد کاوش و بررسی قرار خواهند گرفت.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: futurism.com