بیگ بنگ: ذهن انسان می‌تواند دنیایی را تصور کند که از قوانین ریاضی پیروی می‌کند اما ما از نظر فیزیکی نمی‌توانیم آن را درک کنیم. این موضوع در مورد درک ابعاد پنهان کیهان نیز صدق می‌کند.

به گزارش بیگ بنگ، در یک مقاله‌ی کلاسیک که در سال 2018 بازنشر شد، نویسنده علمی و هنرمند “مارگارت ورتهایم” که تعدادی کتاب نوشته، از جمله کتاب «فیزیک در حاشیه» (کتاب‌های واکر، 2011)، از ما می‌خواهد که به معنای واقعی «ابعاد اضافی» بیندیشیم.

در حالی که ما فضا را سه بُعدی میشناسیم، اما نسبیت عام تصویری از یک جهان چهار بُعدی ترسیم می‌کند و نظریه ریسمان می‌گوید که جهان دارای 10 بُعد است – یا اگر نسخه‌ی توسعه یافته‌ای به نام نظریه M را در نظر بگیرید، 11 بُعد دارد. این نظریه در 26 بُعد متفاوت است و اخیراً ریاضیدانان محض با نسخه‌ای که فضاهای 24 بُعدی را توصیف می‌کند، شوکه شده‌اند. اما این «ابعاد» چیست؟ و فضای 10 بُعدی کیهان به چه معناست؟

“مارگارت ورتهایم” معتقد است که در دنیای غرب باستان، هیچ ایده‌ی روشنی از فضا وجود نداشت. بلکه مفهوم حاکم «مکان» بود. یک فنجان روی میز در یک مکان قرار دارد و هوای پیرامون فنجان در محل اطراف آن و میز در مکانی در زیر آن قرار دارد. هر چیزی «مکان» خود را دارد. در واقع شاید فکر کردن به فضا به صورت انتزاعی دشوار باشد.

در اوایل قرن هفدهم، گالیله و دکارت (1596-1650) هندسه اقلیدسی را با ابعاد آن در فیزیک وارد کردند. نکته‌ی جالب این است که هنرمندان در این زمینه پیشتاز بودند. از قرن 14 تا 16، هنرمندانی مانند “جوتو”، “پائولو اوچلو” و “پیرو دلا فرانچسکا” تکنیک‌هایی را توسعه دادند که به عنوان “پرسپکتیو” شناخته شد – سبکی که در ابتدا «تجسم هندسی» نامیده می‌شد. این نقاشان با کاوش آگاهانه در اصول هندسی، به تدریج یاد گرفتند که چگونه از اشیاء در فضای سه بُعدی تصاویر بسازند. در این فرآیند، آنها ذهن‌های اروپایی را مجدداً به سمتی سوق دادند تا فضا را به شیوه‌ی اقلیدسی ببینند.

در سال 1905، آلبرت اینشتین “زمان” را به عنوان بُعد چهارم اضافه کرد. ورتهایم به ما می‌گوید که این فقط یک مفهوم نبود: «فقط در یک مدل چهار بُعدی از جهان می‌توان الکترومغناطیس را به طور کامل و دقیق توصیف کرد.»

همچنین، مفهوم بُعد فضایی چهارم نیز وجود دارد که اغلب به صورت یک مکعب چهار بُعدی تجسم می‌شود: همانطور که اضلاع یک مکعب، مربعی هستند، اضلاع یک تسرکت نیز مکعبی هستند. در حال حاضر چنین نمونه‌ای در طبیعت ناشناخته است.

بُعد پنجم چطور؟

هندسه اقلیدسی، برخلاف فنجان چای روی میز، رویکردی انتزاعی به فضا دارد. می‌توانیم بُعد پنجم و ششم را در ریاضیات اضافه کنیم و مانند بقیه‌ی ابعاد با آنها کار کنیم. البته نمی‌توانیم به راحتی آنها را تصور کنیم. اما این لزوماً به این معنی نیست که وجود ندارند. ما نمی‌توانیم نور فروسرخ یا فرابنفش را مجسم کنیم، زیرا نمی‌توانیم آن بخش‌های طیف نور را ببینیم.

هنگامی که نیروی هسته‌ای قوی و نیروی هسته‌ای ضعیف در اواسط قرن بیستم کشف شدند، برخی از فیزیکدانان به این فکر افتادند که آیا می‌توان آنها را به عنوان ابعاد پنجم و ششم در نظر گرفت. به تدریج، “نظریه‌ی ریسمان” شکل گرفت و به ابعاد بیشتر پرداخت:

بالاخره معلوم می‌شود که برای درک هر دو نیرو، باید پنج بُعد دیگر را به تجسم ریاضی خود اضافه کنیم. هیچ دلیلی وجود ندارد که حتماً باید پنج بُعد باشد. و باز هم هیچ یک از این ابعاد اضافی مستقیماً به تجربه‌ی حسی ما مربوط نمی‌شوند. آنها فقط در ریاضیات وجود دارند. بنابراین، این ما را به 10 بُعد نظریه ریسمان می‌رساند. در اینجا چهار بُعد بزرگ مقیاس فضا-زمان (توصیف شده در نسبیت عام) بعلاوه‌ی شش بُعد «فشرده‌ی» اضافی (یک بعد برای الکترومغناطیس و پنج بُعد برای نیروهای هسته‌ای) وجود دارد که همگی در یک ساختار هندسی پیچیده و فشرده جمع شده‌اند.

آیا واقعاً همه‌ی این ابعاد وجود دارد؟ خب، این بستگی به این دارد که آیا مقدمات نظریه ریسمان، یعنی شکلی از فیزیک پست مدرن، پذیرفته می‌شود یا خیر. نظر “ویتهام” به عنوان یک هشدار عمل می‌کند:

تاکنون، ما هیچ مدرکی برای هیچ یک از این ابعاد اضافی نداریم اما مشخص شده که “نظریه ریسمان” ریاضیات قدرتمندی دارد. اخیراً، پیشرفت‌های صورت گرفته در نسخه‌ای از این نظریه که دارای 24 بُعد است، ارتباط عجیبی بین چند شاخه‌ی اصلی ریاضیات برقرار می‌کند، یعنی حتی اگر نظریه ریسمان در فیزیک به کار نرود، یک منبع کاملاً پر ارزش برای بینش نظری می‌باشد.

در یک مصاحبه‌ی کوتاه در سال 2021 “برایان گرین” فیزیکدان نظری گفت:« اگرچه بینش نظریِ صرف ممکن است پاداش زیادی داشته باشد، اما تاکنون، شواهد محکمی برای نظریه ریسمان وجود نداشته است. این موضوع باعث دلسردی برخی علاقمندان به سفر در زمان نمی‌شود که به دنبال یک دروازه به بُعد زمانی اضافی و یا یک بُعد اضافی فضایی هستند.

نکته مهم این است که ذهن انسان می‌تواند دنیایی را تصور کند که ما به لحاظ فیزیکی نمی‌توانیم درک کنیم. چنین دنیایی یک فانتزی بدون فرم نیست، بلکه از قوانین ریاضی پیروی می‌کند. اما در ذهن ما سرچشمه می‌گیرد و بیشتر ابعاد آن ممکن است فقط در تئوری وجود داشته باشد. در واقع کسانی که به دنبال توضیحی ساده برای آگاهی انسان هستند، باید به آن توجه کنند.»

توجه: رمان کوتاه تختستان (1884) اثر ادوین ابوت (1838-1926) به چگونگی زندگی در دو بُعد یا یک بُعد می‌پردازد و یک تمرین عالی در تفکر منطقی و تفکر تخیلی است.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: mindmatters.ai