فوق ِفضا!

این حقیقت که ما در سه بعد به سر می بریم ( طول، عرض و ارتفاع ) عقل سلیم است. به هر شیوه ای که شیئی را در فضا حرکت دهیم، تمام موقعیت ها را می توان با این سه مختصات توصیف کرد. راستش با این سه عدد می توان هر شیئی را در گیتی مکان یابی کرد، از نوک بینی شما تا دوردست ترین نقطه ی کهکشان.

دانشمندان پس از گذشت نزدیک به ۶۰ سال به اهمیت فوق العاده ی فوق فضا و ابعاد بالاتر کائنات پی ببرند و بر همین اساس مهم ترین و بنیادی ترین نظریه ی فیزیک امروز یعنی نظریه ی ابر ریسمان و سپس نسخه ی تکمیل تر شده ی آن را یعنی نظریه ی M را ارائه دادند.

افزودن بعد چهارم گویی این عقل سلیم را نقض می کند. اگر مثلا بگذاریم دود اتاقی را بگیرد، نمی بینیم که دود در بعد دیگری ناپدید می شود. در هیچ جای جهان خودمان نمی بینیم که اشیاء به ناگاه ناپدید شوند یا به جهان دیگری بروند. ( البته هر جرمی که وارد سیاهچاله شود، محو می شود) این بدان معناست که اگر اصولا بعدهای بالاتری وجود داشته باشند، باید کوچک تر از اتم باشند. برای دو هزار سال هر ریاضیدان و دانشمندی از قبیل والیس، کارل گاوس، اچ. جی . ولز و … دل به دریا می زد تا راجع به بعد چهارم صحبت کند باید پیه ریشخند را به تن می مالید. ولی به لحاظ تاریخی از دید فیزیکدان ها بعد چهارم تنها یک خیال پردازی در نظر گرفته شده است. برای بعدهای بالاتر هیچ مدرکی یافت نشده است.

هنگامی که تئودور کالوزا فیزیکدان در سال ۱۹۱۹ مقاله ای بسیار جنجالی نوشت که به بعدهای بالاتر اشاره داشت، اوضاع شروع به تغییر کرد. او با نظریه نسبیت عام اینشتین آغاز کرد ولی آن را در پنج بعد گذاشت ( یک بعد زمان و چهار بعد فضا؛ چون زمان بعد چهارم فضا- زمان است، اکنون فیزیکدان ها به چهار بعد فضایی بعد پنجم می گویند.) اگر بعد پنجم کوچک و کوچک تر شود، معادلات به گونه ای جادویی دو تکه می شوند. یک تکه نظریه ی نسبیت استاندارد اینشتین را توصیف می کند، ولی تکه ی دیگر به نظریه نور مکسول تبدیل می شود! این نتیجه حیرت آور بود. شاید راز نور در بعد پنجم نهفته باشد! اینشتین از این راه حل که گویی اتحادی زیبا بین نور و گرانش را بر قرار می ساخت، یکه خورد. اینشتین چنان از پیشنهاد کالوزا شوکه شده بود که پیش از موافقت چاپ شدن مقاله، دو سال به سبک سنگین کردن آن پرداخت. اینشتین برای کالوزا نوشت، « ایده ی دستیابی به نظریه ای وحدت بخش به وسیله ی استوانه ای پنج بعدی هرگز به ذهن من خطور نکرد. در نگاه نخست، من از ایده ی شما بسیار خوشم می آید، یگانگی صوری نظریه شما خیره کننده است.»

تصویری از آلبرت اینشتین و تئوردو کالوزا

سال ها فیزیکدان ها پرسیده اند: اگر نور موج است، آنگاه موج زنی چیست؟ نور می تواند از درون میلیاردها سال نوری فضای تهی بگذرد، ولی فضای تهی خلاء است، عاری از هر ماده ای. پس موج زنی در خلاء چیست؟ با نظریه کالوزا ما پیشنهادی عینی برای پاسخ دادن این مسئله داریم: نور عبارت است از موجی ظریف در بعد پنجم. معادلات مکسول که تمام خواص نور را به دقت تشریح می کنند، به سادگی از معادلات متحرک در بعد پنجم سر بر می آورند.

شناکردن ماهی را در آب گیری کم عمق در نظر بگیرید. شاید آن ها هرگز متوجه حضور بعد سوم نشوند زیرا چشمانشان رو به طرفین است و آن ها می توانند به تنها جلو و عقب، چپ و راست شنا کنند. بعد سوم برای آن ها شاید امکان ناپذیر به نظر برسد.اما تصور کنید که باران شروع به یختن روی آبگیر کند. اگرچه آن ها نمی توانند بعد سوم را ببینند ولی به وضوح می توانند سایه های موج ظریف روی سطح آبگیر را ببینند. به همین ترتیب نظریه ی کالوزا نور را به عنوان موج های ظریف متحرک در بعد پنجم تشریح می کند. کالوزا همچنین به ما می گوید که بعد پنجم کجاست: چون هیچ مدرکی از بعد پنجم نداریم باید آنچنان در هم فرورفته باشد که نمی تواند مشاهده شود. برگ کاغذ دو بعدی را در نظر بگیرید و آن را به صورت استوانه ایی باریک لوله کنید. از دور این استوانه شبیه به یک خط یک بعدی است.به این ترتیب شیء دو بعدی با در هم فرورفتن آن به شیء یک بعدی تبدیل می شود.

مقاله کالوزا در آغاز شوری بر پا کرد. ولی در سالیان بعد ایرادهایی در آن پیدا شد. اندازه ی این بعد پنجم چقدر است؟ چگونه در هم فرو رفته است؟ هیچ پاسخی یافت نشد. اینشتین ده سال به تناوب بر روی این نظریه کار کرد. پس از در گذشت او در سال ۱۹۵۵، این نظریه به زودی به فراموشی سپرده شد، و به صورت پاورقی عجیبی در تکامل فیزیک در آمد و جای خود را به نظریه خیره کننده ی تازه ای بنام نظریه ابر ریسمان ها و سپس نسخه ی تکمیل تر شده ی آن یعنی نظریه ی M داد.

به قلم میچیو کاکو – فیزیک ناممکن ها

اضافات و ویرایش: سام، بیگ بنگ

نقل از بیگ بنگ

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات