کیهان حقیقتا چندین بُعد دارد؟ (4 عکس)

کیهان واقعا چند بُعد دارد؟

کیهان ما حقیقتا چند بعد دارد؟ یک مهندس، ریاضی‌دان و فیزیکدان درباره‌ی کیهان هم‌صحبت می‌شوند. به عقیده شما آنها چند بعد می‌یابند؟

تصویر و عکس شماره 1 ⇩
به اعلان سرزه و به نقل از بیگ بنگ، مهندس ناگهان زاویه‌سنج و ابزار خود را بیرون می‌آورد و می‌گوید راحت است. سپس با ابزارهای خود سه جهت در زاویه‌ی قائم به همدیگر را نشان می‌دهد: طول، عرض و بلندی. و می‌گوید «سه» بعد وجود دارد. ریاضی‌دان دفترچه نوشته خود را بیرون می‌آورد و لیستی از اشکال هندسی مرتب و متقارن با ضلع‌های عمودی می‌کشد. و می‌گوید مربع‌ چهار ضلع خطی دارد؛ مکعب شش ضلع مربعی دارد؛ ابرمکعب هشت ضلع مکعبی دارد. با ادامه دادن این الگو متوجه می‌شود که می‌تواند این روند را برای همیشه ادامه دهد. پس می‌گوید «بی‌نهایت بعد».

عاقبت نوبت به فیزیکدان می‌رسد. فیزیکدان به ستاره‌ها خیره می‌شود و رفتار آنها را با جدیت ثبت می‌کند و تشخیص می‌دهد که ستاره‌ها از طریق قیمتیش، که مطابق با مربع فواصل متقابل آنها افت می‌یابد، همدیگر را جذب می‌کنند. سپس فکر می‌کند که سه بعد وجود دارد. با این حال، وقتی معادله را برای نحوه‌ی حرکت نور از فضا محاسبه می‌کند، متوجه می‌شود که به خوب ترین وجه در چهار بعد اظهار شده است. سپس، بعد از فکر بسیار، سعی می‌کند به شیوه‌های توصیف قیمتیش و نور در نظریه‌ای عادی اندیشد، که به عقیده می‌رسد نیازمند به دست کم ده بعد است. و می‌گوید «سه، چهار، یا احتمالاً هم بیشتر».

نگاه بکنیم فیزیکدان به چه صورت به نتایج خود رسید. در سال ۱۹۱۷ پاول ارنفست فیزیکدان اتریشی، جمله‌ای تفکر برانگیز نوشت: «چگونه از مقررات بنیادی فیزیک مشخص می‌شود که فضا سه بعد دارد؟». وی در این مقاله شواهدی را ذکر می‌کند که سه بعد برای توصیف دنیا ما مناسب و کامل است. به عنوان مثال، وی اشاره می‌کند که مدارهای ثابت سیارات در سامانهٔ خورشیدی و حالت‌های‌حرکت الکترون‌ در هسته، نیازمند به مقررات نیروی مربع معکوس است. به عنوان مثال چنانچه قیمتیش، عوض مربع فاصله از خورشید، بنا بر مکعب فاصله از خورشید افت پیدا کند، سیارات جاده های بیضوی ثابت را دنبال نخواهند کرد.

حال نگاه بکنیم قانون مربع معکوس به جه معنی است. حبابی را تصور کنید که تقریبا شامل مدار سیاره‌ای می‌باشد. قدرت میدان گرانشی خورشید در آن فاصله، روی مساحت سطح حباب ضعیف می‌شود. مساحت سطح متناسب با مربع فاصله‌ی شعاعی است، و توضیح می‌دهد که به چه دلیل قیمتیش با آن ضریب افت می‌یابد. از آنجایی که حباب، از جمله داخل آن، سه بعدی است، خود فضا هم باید سه بعدی باشد. به طور برگزیده، این حقیقت که قیمتیش بنا بر مربع فاصله-مقدار مساحت سطح حباب- به تدریج افت می‌یابد، دلالت بر سه بعدی بودن دارد.

با این که که کیهان، فقط فضا نمی باشد. همانگونه که ریاضی‌دان روسیه ای-آلمانی، هرمن مینکوفسکی، نمایان کرد، اصل نظریه‌ی نسبیت ویژه اینشتین بر این است که توضیح دهد چگونگی حرکت نور سریعی ثابت نسبت به همه‌ی ناظران را می‌توان به خوب ترین وجه در چهار بعد اظهار کرد. وی عوض انتخاب کردن فضا و وقت به طور مستقل، تصوری واحد و یکپارچه‌ای از فضا-وقت را پیشنهاد می‌دهد. اینشتین در نظریه نسبیت عام، از این مفهوم استفاده می‌کند و قیمتیش را با بهره گیری از نمونه مدل چهار بعدی پویا توصیف می‌کند.

تصویر و عکس شماره 2 ⇩
تصویر و عکس کیهان حقیقتا چند بُعد دارد؟نور ناشی از فعل و انفعالات الکترومغناطیسی، یکی از چهار نیروی طبیعت است. تا چند دهه، فیزیک شناسان به دنبال روش‌هایی برای یکی کردن آن نیرو با نیروهای دیگر– نیروی هسته‌ای قوی، نیروی هسته‌ای ضعیف، و مهم‌تر از همه، نیروی قیمتیش – بودند تا نظریه‌ی ساده و خوشگل واحدی از نیروهای بنیادی ارائه دهند. دو عدد از اولین طرح‌ها (پیش از شناخته شدن نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف) به طور مستقلی به دست ریاضی‌دان آلمانی، تئودور کالوزا و فیزیکدان سوئدی، Oscar کلین  پیشرفت کرد. گرچه هم اینک می‌دانیم که رویکرد آنها غلط بوده است، اما هر دوی آنها یکی کردن الکترومغناطیس و قیمتیش به وسیله‌ی توسعه‌ی نسبیت عام با بعدی زاید را سفارش کردند. کلین، به خوب ترین وجه به این پرسش پرداخت که به چه دلیل این بُعد پنجم قابل مشاهده نمی باشد -سازگار با نتیجه‌گیری اینشتین است که فضا سه بُعدی به عقیده می‌رسد. کلین  در ایده‌ای شناخته شده بنام فشرده‌شدگی، پیش‌بینی کرد که بعد بالاتر به صورت حلقه‌ی فشرده‌ی نازکی در ۳۳-^۱۰ سانتی‌متر جمع می‌شود. پس، این بُعد در صورتیکه می‌تواند ابزاری از یکی شدن و یکپارچگی عرضه کند (چنانچه در عمل هم نتواند، در تئوری می‌تواند)، اما غیرقابل کشف است- مثل حشره‌ای که به صورت نقطه‌ای روی برگ مخفی شده است.

معاصران کلین در اواخر دهه‌ی ۱۹۲۰، که کلیات مکانیک کوانتومی را شکل می‌دادند، عوض بررسی ابعاد فیزیکی که مکمل فضا-وقت است، تصمیم به بررسی امکان ابعاد داخلی (راجع به محیط ریاضیاتی انتزاعی) گرفتند. آنها نظریه‌های خود را در محیط هیلبرت، ساختاری ریاضیاتی که از شمار نامحدودی بعد برای امکان بودنِ مجموعه‌ی بی نهایت بزرگی از حالات کوانتومی استفاده می‌کند، پیشرفته کردند. به جز اینشتین و دستیاران او، پیتر برگمان و ولنتاین برگمان، چند فیزیکدان مفهوم ابعاد زاید مخفی در دنیا فیزیکی را چک کردند. (در اواخر دهه ی ۱۹۳۰ و اوایل دهه‌ی ۱۹۴۰، اینشتین، پیتر و ولنتاین برگمان، به وسیله‌ی بعد فیزیکی دیگری برای تلفیق در الکترومغناطیس، کوشش ناموفقی برای گسترش فضا-وقت چهار بُعدی نسبیت عام، کردند.)

در دهه‌ی ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰، نظریه‌ی کالوزا-کلین به لطف ظهور نظریه‌ی ابرریسمان و ابرگرانش احیا شد: این فکر که مؤلفه‌های بنیادی طبیعت، رشته‌های انرژی را به ارتعاش در می‌آوردند. به لحاظ ریاضیاتی، نظریه‌ی ابرریسمان تنها در ده بُعد یا بیشتر، عملی می‌شود. بنابراین، پژوهشگران به فکر راه‌هایی می باشند که بتوانند به وسیله‌ی آن، شش یا بیشتر از شش بُعد دیگر را فشرده‌ سازند. نظریه‌ی ابرریسمان در دهه‌ی ۱۹۹۰ به صورت رویکردی کلی‌تر بنام نظریه‌ی M کامل شد، که غشاهای پرانرژی با نام مستعار «بَرین» (Brane) را با ریسمان‌ها یا رشته‌ها تلفیق می‌کند. نظریه‌ی M شامل امکان یک بعد بزرگ دیگر می‌باشد که مکمل آن ده بُعد لازم برای زندگی ابرریسمان‌ها است. «بزرگ» در این زمینه به معنای «قابل مشاهده» است نه کوچک و فشرده.

تصویر و عکس شماره 3 ⇩
تصویر و عکس کیهان حقیقتا چند بُعد دارد؟پژوهشگران به زودی متوجه شدند که این بعد دیگر بزرگ، می‌تواند به طور بالقوه‌ای معمایی بنام مسئله‌ی سلسله مراتب را حل کند. این معما شامل ضعف چشمگیر قیمتیش نسبت به دیگر نیروهای طبیعت، از جمله الکترومغناطیس، می‌باشد. امتحانی ساده این عدم اعتدال را نشان می‌دهد. یک پونز فولادی و آهنربای کوچولوای را بردارید و نگاه بکنید که جاذبه‌ی آن به چه صورت کشش گرانشی کل زمین را تحت اثر قرار می‌دهد.

در طرح «دنیا بَرین» که اولین بار به دست نیما ارکانی حامد، ساواش دیموپولوس، و گیا دوالی (همکاری که به اختصار «ADD» نام دارد) به بحث گذاشته شد، و سپس به دست لیزا راندال، رامان ساندروم و دیگران پیشرفت کرد، حقیقت متشکل از دو برین است که با شکافیاز بعد بالاتر، این شکاف بالک (Bulk) نام دارد، در پیکربندی‌ای مثل گراند کانیون، از هم جدا شده‌اند. مثل گردشگران ترسو که در لبه‌ی درّه‌ی پر عمق و نازکی نشسته‌اند، بیشتر ذرات هم به یکی از بَرین‌ها چسبیده‌اند. بنابراین، دنیا فیزیکی آشنا در آنجا واقع شده است. به کوهنوردان بی‌باک، یعنی گراویتون‌ها، که حاملان ثقل می باشند، استثنایی ارائه می‌شود و نیرومند به کشف بالک می باشند. از آنجایی که چون عوامل قیمتیش وقت بسیار کمتری را صرف تعامل با برین آشنای ما می‌کنند، قیمتیش بسیار ضیف‌تر از نیروهای دیگر به عقیده می‌رسد.

حدس اصلی ADD پیش‌بینی کرد که وقتی در مقیاس‌های ریز اندازه‌گیری می‌کنیم، قیمتیش باید به طور کامل از رابطه‌ی کامل فاصله‌ی مربع معکوس، منحرف شود. با این حال امتحانات اعتدال چرخش دقیق که به دست تیمی به رهبری اریک آدلبرگر از دانشگاه واشنگتون، محدودیت‌های سخت و دشواری تا سطح دقیقه را بر چنین اختلافی، وضع کرد. با این وجود این ایده‌ی ابعاد زاید، منتهی به پیشرفت در طرح‌های گوناگون برای وحدت و یکی شدن نیروهای طبیعی و ارگانیک می‌شود.

یکی از ماموریت‌های برخورد دهنده‌ی هادرونی بزرگ(LHC)، شتاب‌دهنده‌ی عظیم واقع در مرز کشور فرانسه و کشور سوئیس، امکان ابعاد زاید مخفی را آزمایش می‌کند. از وقت کشف بوزون هیگز در سال ۲۰۱۲، تکمیل نمونه مدل استاندارد فیزیک ذرات، ایده‌ی توجه به چنین گسترش‌هایی، مهم‌تر و مرکزی‌تر شده است. برای ایجاد وجود ابعاد زاید با LHC، سه راه اصلی وجود دارد. اولین راه، پیدا کردن ورژن‌های اکو از ذرات وجود می دارد، که حالات کالوزا-کلین نام دارد؛ که از تمام جهات مثل ذرات شناخته شده می باشند به جز این که، مثل لایه‌ها در آهنگ، عظیم‌تر می باشند. جستجو برای گراویتون‌های کالوزا-کلین، گلوئون‌های کالوزا-کلی و غیره،در انرژی ۷ تریلیون ولت الکترونی از برخورد پروتون-پروتون، تا کنون فایده‌ای نداشته است.

تصویر و عکس شماره 4 ⇩
تصویر و عکس کیهان حقیقتا چند بُعد دارد؟فیزیک شناسان هم از برخورد دهنده برای جستجوی شواهدی از ترشح گراویتون به ابعاد بالاتر، استفاده می‌کنند. این سیگنال‌ها از انرژی از دست رفته‌ی غیرقابل توضیح باید از شمار زیادی از حوادث برخورد، غربال کند و با جدیت از مجموعه‌ای از امکانات عادی، مثل نوترینوهای فرارکرده، پیش گیری کند. مدارک و شواهد برای ابعاد زاید هم می‌تواند در برخورد دهنده در قالب حفره‌های مشکی میکروسکوپی پیش‌بینی شده با بعضی نظریه‌های بعدی بالاتر، موجود موجود باشد. به طور مناسب، پیش از راه اندازی برخورد دهنده، با وجود محاسباتی که نشان می‌داد شتاب دهنده در بخش کوچولوای از ثانیه و بدون خطر متلاشی می‌شود، جنجال‌برانگیزان به وحشت افتی را بوجود آوردند که این اشیاء، زمین را از بین می‌برد. با وجود امیدها و اخطار ها، هنوز حفره‌های مشکی کوچک از بین داده‌های برخورد امتحانات LHC شناسایی نشده است.

اول میِ ۲۰۱۷ برای اولین بار در امسال، برخورد دهنده هادرونی بزرگ، بعد از یک وقفۀ فنی ۱۷ هفته ای، آغاز به چرخاندن پرتوهای پروتون کرد. به روزرسانی آن، اقبال زیاد تری برای شناسایی شواهدی از ابعاد دیگر را همراه با دارد. بدون شک مهندسین نسبت به مکانیزم نورانی آنها شگفت‌زده خواهند شد؛ ریاضی‌دانان نسبت به مقدار مطلق داده‌های جمع‌آوری شده‌ی آنها و الگوریتم‌های توانا غربال شده از بین آن، وحشت‌زده خواهند شد؛و همه‌ی فیزیک شناسان مشتاقانه چشم انتظار امکان اولین شواهد عرصه‌ی بُعدی بالاتر فراتر از فضا و وقت خواهند بود.

ترجمه: زهرا جهانبانی

**********************************

تهیه شده توسط: كامياب ف.

نجوم و فضا در بخش دانش و فناوری سايت سرزه

بیت انتخابی از دیوان حافظ :

رقص بر شعر تر و ناله نی خوش باشد ««« »»» خاصه رقصی که در آن دست نگاری گيرند



کیهان حقیقتا چندین بُعد دارد؟ (4 عکس)


TT / 333 --- TP / 20%



گردآوری شده توسط : كامياب ف.
تاریخ گردآوری : 2017-06-02
در دسته بندی : کیهان
برچسب ها : بُعد
مطالب مرتبط

نظرات

لطفا نظرات خود را در مورد فیلم و مطلب بالا بنویسید :