آیا بُعد پنجم وجود دارد؟

ديجياتو/ آيا بعد پنجم واقعاً وجود دارد؟شايد شما هم با اين سؤال درگير شده باشيد. البته قبل از پاسخ به اين سؤال، بياييد بعدهاي ديگر را توضيح دهيم. جهاني را تصور کنيد که در آن فقط مي توانيد روي يک خط به جلو يا عقب حرکت کنيد. در اين وضعيت، يعني دنياي تک بعدي، فقط يک نقطه روبرو و فقط يک نقطه پشت سر را خواهيد ديد. حالا بعد دوم را به آن اضافه کنيد. با اضافه شدن بعد دوم علاوه بر حرکت به جلو يا عقب، حرکت به چپ و راست هم خواهيد داشت و روي خطوطي در يک سطح صاف جابجا مي شويد، ولي چيزي به نام عمق را تجربه نخواهيد کرد. با اضافه شدن بعد سوم، عمق را هم خواهيم داشت. همه چيز در اين جهان به شکل مرئي در مي آيد و اجزاي آن پيرامون يکديگر حرکت مي کنند، يعني مثل همين جهان که در آن حضور داريم. زمان را هم مي توان بعد چهارم در نظر گرفت که البته فقط تجربه رو به جلو را در اختيار ما مي گذارد. اما بعد پنجم چطور؟ چگونه مي توان در آن حرکت کرد؟ سازوکارش چگونه است؟ آيا قفس چهاربعدي ذهن ما باعث شده تا بعد پنجم را تجربه نکنيم؟ آيا جهان يازده بعد دارد که بعضي از آنها فقط توسط کوچک ترين اجزاي هستي تجربه مي شوند؟ شايد شما هم مثل تمام افرادي که فيزيک خوانده اند يا شرايط غيرعادي و ماورايي را تجربه کرده اند، به دنبال بعد پنجم و درک ماهيت آن بوده ايد. در اين مطلب پاسخ چند فيزيکدان و رياضيدان به اين سؤال گردآوري شده است. جونا کرون پژوهشگر گروه تحقيقاتي TRIUMF در مقطع فوق دکترا، ونکوور، کانادا وجود بعد پنجم يکي از جذاب ترين احتمالات دنياست که البته شايد در طبيعت محقق نشود. در واقع بعد ديگري که مثل فضا (به جاي زمان) رفتار کند، اما فشرده و متناهي باشد، در بسياري از نظريه هاي فيزيک ذرات به چشم مي خورد. بعد اضافه احتمالاً مي تواند بعضي ويژگي هاي ذراتي که در آزمايشات به آنها برخورده ايم را توضيح دهد، يا وجود ديگر ذرات را پيش بيني نمايد، يا رفتار جاذبه را تفسير کند. بعد پنجم، چه واقعي باشد و چه نباشد، مبناي محاسباتي فوق العاده ارزشمندي محسوب مي شود. تصوير پنج بعدي امکان اجراي محاسباتي را براي ما ممکن مي کند که در فضاي چهاربعدي ميسر نخواهد بود. احتمالاً هيچوقت بعد پنجم را به شکل مستقيم نخواهيم ديد، اما شايد بتوانيم شواهدي براي وجود آن به دست بياوريم. مثلاً هيچکس تابحال يک کوارک را به صورت مجزا نديده، اما مدل کوارک به راحتي ويژگي هاي ذرات بزرگ تر و ترکيبي يعني هادرون ها را توضيح مي دهد. به همين خاطر دانشمندان، کوارک ها را به عنوان ذرات بنيادي در نظر مي گيرند. به همين صورت اگر شواهد کافي براي نظريات فضاي پنج بعدي به دست آوريم، يعني اطلاعات موجود را تفسير کرده و پيش بيني هاي دقيقي انجام دهيم، آنگاه وجود بعد پنجم بسيار محتمل خواهد بود. تيم راس فيزيکدان مؤسسه فيزيک نظري دانشگاه فناوري وين من در حوزه نظريه ريسمان کار مي کنم و به همين دليل، بايد نظريه نسبيت عام اينشتين را با مکانيک کوانتوم تلفيق کنم. نظريه ريسمان تنها در صورتي برقرار است که نه تنها بعد پنجم، بلکه بعدهاي ششم، هفتم، هشتم، نهم و دهم هم داشته باشيم. بدون اين بعدهاي اضافه نمي توانيم تئوري منسجمي براي توضيح جهان هستي بنا کنيم. بعدهاي اضافه چگونه هستند؟ از آنجا که اين بعدها را نمي بينيم، بايد خيلي کوچک باشند. ساده ترين مثال براي روشن ساختن اين موضوع، نِي است. نِي از دور شبيه يک شيء تک بعدي به نظر مي رسد ولي وقتي به آن نزديک شويد، بعد ديگري را به شکل دايره داخل آن مي بينيد. شايد بعد پنجم در فضا به شکل همين دايره کوچک حضور دارد، اما به قدري کوچک است که آن را نمي بينيم. روش هاي پيچيده تري براي جستجوي بعدهاي اضافه وجود دارد که در آنها از نور يا ميکروسکوپ استفاده نمي شود، اما تمام اين روش ها فقط کران بالاي طول اين بعد حلقوي را مشخص مي کنند. بسته به ابعاد اين بعد اضافه، شايد بتوانيم در آينده آن را کشف کنيم. اگر بيش از يک بعد اضافه داشته باشيم، همگي آنها مي توانند حلقوي باشند اما وجود شکل هاي ديگر هم ممکن است. مثلاً دو بعد اضافه به شکل يک دونات (دو دايره مرتبط با هم) يا حتي يک کره را در نظر بگيريد. سؤال اصلي اين است که چرا بعدهاي اضافه با سه بعد کنوني تفاوت اساسي دارند؟ فرض کنيد بعدهاي اضافه خيلي بزرگ باشند. مثلاً دايره هاي غول آسايي را در نظر بگيريد که اگر با فضاپيما به مدت طولاني درون يکي از آنها پرواز کنيد، دوباره به جاي اول خود بر مي گرديد. البته هنوز شواهدي براي تأييد حلقوي بودن اين ابعاد در اختيار نداريم، به همين دليل رد کردن آنها هم ممکن نيست. واضح است که سه بعد اصلي با بعدهاي اضافه تفاوت دارند و فرضياتي هم در اين زمينه وجود دارد، اما نمي توان با اطمينان در مورد آنها صحبت کرد. يکي از مشکلات جهان دوبعدي اين است که حيات به شکل کنوني در آن شکل نمي گيرد. همين مسئله براي بعدهاي اضافه هم وجود دارد، يعني شايد حياتي که ما مي شناسيم فقط با يک زمان و سه بعد مکاني سازگار است. [البته چندي پيش در ديجياتو خوانديد که «جيمز اسکارگيل» محقق دانشگاه UC Davis کاليفرنيا اين فرض را زير سؤال برده و مي گويد تشکيل حيات در جهان دوبعدي هم ممکن است.] سابين هاسنفلدر پژوهشگر مؤسسه تحقيقات پيشرفته فرانکفورت هيچ مدرکي براي وجود بعد پنجم در فضا وجود ندارد. دانشمندان هميشه به دنبال بعد پنجم و حتي بيشتر از آن بوده اند، اما مدرکي به دست نياورده اند و فقط بهانه مي آورند که چرا قادر به ديدن يا تجربه آنها نيستيم. ساده ترين بهانه هم اين است که ابعاد جديد در فواصلي کوتاه تر يا طولاني تر از آنچه تاکنون اندازه گرفته ايم، حضور دارند. تعداد زيادي فيزيکدان نظري در حال حاضر وجود دارند که به محاسبات و مدلسازي در زمينه بعدهاي اضافه مشغولند؛ مثلاً اينکه اگر بعد پنجم با چنين ويژگي هايي وجود داشته باشد، چه تأثيري بر تابش زمينه کيهاني (CMB) خواهد داشت. ولي به خاطر فقدان شواهد کافي و حتي دلايل محتمل، بحث در مورد بعدهاي اضافه را مي توان در کنار بحث راجع به تک شاخ ها قرار داد. پيتر ويت استاد دانشکده رياضيات دانشگاه کلمبيا راه هاي متعددي براي افزودن بعد پنجم وجود دارد. مشکل اين است که اگر بعد پنجم به چهار بعد ديگر شبيه باشد، هيچ مدرک و سندي براي آن در اختيار نداريم و هيچ نظريه اي هم نمي تواند از اين بعد اضافه براي توضيح مسائل کنوني استفاده کند. مدل استاندارد ذرات بنيادي بر اساس نظريات هندسي بنا شده و به همين دليل، ابعاد هندسي فراتر از چهار بعد کنوني (سه بعد مکاني بعلاوه زمان) را در نظر مي گيرد. با اين حال ابعاد ديگر کاملاً متفاوت عمل مي کنند و قوانين کنوني فيزيک بر آنها حاکم نيست. شون کارول استاد دانشکده فيزيک مؤسسه فناوري کاليفرنيا نمي دانيم که بعد پنجم يا ششم و بيشتر از آن وجود دارد يا خير. احتمال وجود بعدهاي اضافه در برخي نظريه هاي پرطرفدار مثل نظريه ريسمان مطرح شده اند، ولي هيچ مدرک تجربي براي اثبات آنها در دست نيست. اگر بعد ديگري وجود داشته باشد، احتمالاً از محدوده درک ما خارج است. ذرات و نيروهايي که ما مي شناسيم به فضاي سه بعدي وابسته هستند. با اين حال فيزيکدانان هنوز هم آزمايش هايي را انجام مي دهند تا احتمالات مختلف را بررسي کنند. ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد