آشنایی با ابعاد دیگر جهان و توضیح فیزیکدانان در این باره

http://www.aftab.ir/articles/science...824f005017.jpg



فیزیکدان ها از ابتدای شکل گیری دانش فیزیک تا به امروز همواره بر این تصور بوده اند که زمان، یک بعدی است. اما طی یک دهه اخیر همه چیز تغییر کرده است چراکه «کامران وفا» فیزیکدان مشهور ایرانی دانشگاه هاروارد با ارائه نظریه یی به نام نظریه F، احتمال دوبعدی بودن زمان را مطرح کرده است. اگر چنین باشد در این صورت زمان به جای خطی، صفحه یی خواهد بود. به این ترتیب نه تنها امکان سفر در زمان و رفتن به گذشته و آینده وجود خواهد داشت بلکه حتی می توان در درون تک تک لحظه ها در جهت عمود بر سیر زمان نیز حرکت کرد. بنابراین شاید درون هر لحظه، ابدیتی نهفته باشد.
سالیان سال تصور فیزیکدان ها آن بود که فضا سه بعدی است، اما از ابتدای قرن بیستم این تصور کم کم تغییر کرد. در ابتدا این نظریه مطرح شد که شاید فضا چهاربعدی باشد، ولی با گذشت زمان تعداد ابعاد فضا باز هم بیشتر شد تا اینکه امروزه بهترین نظریه های مطرح در فیزیک، فضا را ده بعدی می دانند. در این تصویر، جهان ما با سه بعد فضایی، تنها یک جهان از میان جهان های بی شمار شناور در پهنه کائنات است.
اما داستان زمان کاملاً متفاوت است، چراکه از همان آغاز تاکنون، زمان در معادلات فیزیکدان ها همچنان یک بعدی باقی مانده است. در واقع در تمامی طول تاریخ علم، تصور فیزیکدان ها آن بوده که تمامی مسائل شان با همین زمان یک بعدی قابل حل است اما احتمالاً همگی آنها در اشتباه بوده اند، چراکه تنها ظرف یک دهه اخیر، همه چیز تغییر کرده است. اکنون پس از قرن ها بالاخره سر و کله یک فیزیکدان پرشهامت پیدا شد که معتقد است با افزودن یک بعد زمانی جدید به معادله های توصیف کننده کائنات می توان بسیاری از مسائل حل نشده فیزیک امروز را حل کرد. این فیزیکدان جسور کسی نیست جز «کامران وفا» فیزیکدان برجسته ایرانی دانشگاه هاروارد.
البته نظریه «وفا» نیز مانند تمامی نظریه های بزرگ دیگر با چالش هایی روبه رو است که باید به آنها پاسخ داد. سوالاتی از قبیل اینکه؛ چرا این بعد زمانی اضافی تاکنون از نگاه تیزبین دانشمندان پنهان مانده بود؟ آیا این بعد اضافی صرفاً یک سازوکار ریاضی است یا واقعاً نشان دهنده یک بعد زمانی جدید در کائنات است؟ ارتباط این بعد زمانی جدید با ادراک متعارف ما نسبت به گذشته و آینده چگونه است؟ تعامل این بعد زمانی با مساله موجبیت در فیزیک به چه صورت است؟ و سوالاتی از این قبیل. «مایکل داف» نظریه پرداز دانشگاه تگزاس در این باره می گوید؛ «وجود بیش از یک بعد زمانی در کائنات، مساله یی بسیار حیرت انگیز و گیج کننده است.»
ایده وجود ابعاد بالاتر جهان از تلاش فیزیکدان ها برای کشف نیروی واحد و بنیادین کائنات ریشه گرفته است. از دهه ۱۹۲۰ میلادی فیزیکدان ها دریافته بودند که چنانچه فضازمان به جای چهاربعدی، پنج بعدی باشد، می توان نظریه یی واحد ارائه داد که نظریه های الکترومغناطیس و گرانش را توامان دربر بگیرد. این کار تا حدی شبیه آن است که از تپه مجاور میدان جنگ بالا رفته و از ارتفاع (یعنی بعد سوم)، صحنه دوبعدی جنگ را نظاره کنیم. تنها در این صورت است که به ارتباط پنهان موجود بین بخش های مختلف عملیات پی برده و درخواهیم یافت که چگونه نیروهای به ظاهر مختلف درگیر در صحنه جنگ، همگی به صورتی واحد و منسجم عمل می کنند.
طی سال های اخیر، باز هم ابعاد بیشتری وارد صحنه این نبرد شده اند. در سال ۱۹۸۴ انقلاب ابرریسمان ها به وقوع پیوست. نظریه ریسمان ها تمامی جهان را متشکل از ریسمان های انرژی مرتعش یک بعدی می داند که در ۹ بعد مکانی و یک بعد زمانی در حال ارتعاش هستند. سپس در سال ۱۹۹۵، «ادوارد ویتن» از موسسه پژوهش های پیشرفته پرینستون امریکا و «پائول تاونسند» از دانشگاه کمبریج، بعد فضایی دیگری را نیز به نظریه ریسمان ها اضافه کرده و نظریه دیگری به نام نظریه M را ارائه کردند. این نظریه در واقع تعمیمی از نسخه های متفاوت نظریه ریسمان بود. اما به رغم موفقیت های ارزنده نظریه M، این نظریه نیز نتوانست تفاوت های موجود میان نسخه های مختلف نظریه های ریسمان را حذف کند و دقیقاً در همین جا بود که سر و کله «کامران وفا» و نظریه اش یعنی نظریه F پیدا شد؛ نظریه یی که با افزودن یک بعد جدید به نظریه M، تصویری ۱۲ بعدی از کائنات ارائه می دهد. نظریه پردازان مشتاقانه از نظریه F استقبال کردند، چراکه این نظریه با بعد اضافی خود، مسائل باقیمانده در نظریه M را به خوبی حل می کند. اما از آنجایی که بعد اضافی مطرح شده در نظریه F، نه یک بعد مکانی بلکه یک بعد زمانی است، بنابراین نظریه مزبور، پیامدها و چالش های فلسفی عمیقی را نیز با خود به میدان آورده است.
«داف» در مورد دوازدهمین بعد زمان گونه نظریه F می گوید؛ «اغلب نظریه پردازان از ایده وجود بیش از یک بعد زمانی در هستی چندان استقبال نمی کنند چراکه از درون چنین ایده یی، مسائل عجیب و غریب بسیاری سر بر می آورد.» علت این امر نیز کاملاً واضح است. اگر زمان همانند یک خط راست یک بعدی باشد، در این صورت هر لحظه زمانی روی این خط، یا قبل از یک لحظه مفروض دیگر قرار می گیرد یا بعد از آن. به این ترتیب، آینده و گذشته به خوبی قابل تعریف خواهند بود و هر مجموعه یی از رویدادها الزاماً توالی مشخصی خواهند داشت. اما با افزودن یک بعد زمانی دیگر، خط زمان تبدیل به صفحه زمان خواهد شد. اما در چنین جهانی چگونه می توان آینده و گذشته را مشخص کرد؟ چگونه می توان ارتباط بین رویدادهای هستی را مشخص کرد، در حالی که نحوه ارتباط میان علت و معلول اساساً برای ما ناشناخته باقی مانده است؟
همان طور که «داف» هم می گوید، مسائل فیزیکی موجود در جهانی با بیش از یک بعد زمانی، حتی از این هم پیچیده تر خواهند بود چراکه ابعاد زمانی تفاوتی اساسی نسبت به ابعاد مکانی دارند. بعد زمان همواره به جای علامت مثبت، با علامت منفی در معادلات ظاهر می شود و به همین دلیل هم با وارد کردن ابعاد زمانی جدید به معادله ها، سر و کله انواع و اقسام پدیده های عجیب و غریب دیگر هم به طور خود به خودی در معادلات پیدا می شود. پدیده هایی نظیر امکان سفر با سرعتی فراتر از سرعت نور، فوتون هایی با جرم منفی، رویدادهایی که مجموع احتمال وقوع تمامی حالت های ممکن آنها به یک نمی رسد و...


● ابزارهای پیش پاافتاده
«داف» اذعان می دارد که ممکن است ریاضیاتی که ما اکنون برای توصیف جهان به کار می بریم، برای چنین کاری بیش از حد پیش پاافتاده باشد. بنابراین شاید روش ها و رهیافت های موجود برای تبیین رفتار جهانی با ابعاد زمانی چندگانه نیز بیش از حد ساده انگارانه باشد. اما به هر حال چون فعلاً ابزار دیگری جز همین ابزار موجود در اختیار نداریم، پس شاید ناگزیر باشیم بعد زمانی جدید مطرح شده در نظریه «وفا» را صرفاً به عنوان یک سازوکار ریاضی صرف و نه نماینده یک هویت واقعی در نظر بگیریم. به این ترتیب می توان بدون درگیر شدن با پیامدهای فلسفی این نظریه، از مزایای ریاضی آن بهره مند شد.
در واقع بعد زمانی جدید مطرح شده توسط «وفا» ویژگی های آنچنان اسرارآمیزی به جهان می دهد که فیزیکدان ها را از واقعی پنداشتن آن نگران می کند. به عنوان مثال، درحالی که در نظریه ۱۱ بعدی M، اصل نسبیت «اینشتین» همچنان پابرجاست، در نظریه ۱۲ بعدی «وفا» این اصل اعتبار خود را از دست می دهد (براساس اصل نسبیت، قوانین فیزیک برای تمامی ناظران یکسان است). همین امر یکی از عواملی است که فیزیکدان ها را در پذیرش بعد زمانی جدید دچار تردید می کند. «فرانک ویلچک» از موسسه پژوهش های پیشرفته پرینستون می گوید؛ «این بعد جدید را نمی توان همانند یک بعد زمانی معمولی در نظر گرفت.» «داف» نیز با این مساله موافق است. او نیز در این باره می گوید؛ «اگرچه این بعد شباهت هایی با بعد زمان دارد، اما نمی توان آن را به عنوان یک بعد زمانی اضافی واقعی پذیرفت.»
اما خود «کامران وفا» به گونه یی دیگر می اندیشد. هرچند او نیز قبول دارد که بعد زمانی اضافی از بسیاری جهات به یک ابزار ریاضی انتزاعی شبیه تر است تا به یک هویت فیزیکی واقعی، ولی در عین حال معتقد است چنین برداشتی در آینده نزدیک تغییر خواهد کرد. «وفا» در این باره می گوید؛ «در حال حاضر شاید به نظریه F صرفاً به عنوان یک سازوکار ریاضی مناسب تر برای تبیین رفتار کائنات نگاه شود، اما فراموش نکنیم که در تاریخ فیزیک، همواره پشت سر سازوکارهای ریاضی جدید، پدیده های فیزیکی جدیدی نیز کشف شده اند.» «وفا» در این مورد به عنوان مثال به کوارک ها اشاره می کند. تا همین چند دهه قبل به کوارک ها صرفاً به عنوان یک سازوکار ریاضی برای تبیین رفتار ذراتی نظیر پروتون ها نگاه می کردند. اما امروزه اغلب فیزیکدان ها معتقدند کوارک ها واقعاً در جهان وجود دارند. ممکن است مشابه چنین سرنوشتی در انتظار بعد زمانی جدید و اسرارآمیز نظریه F نیز باشد.
اما اگر این بعد زمانی اضافی واقعاً وجود داشته باشد، پس چرا تاکنون متوجه حضور آن نشده ایم؟ یک احتمال آن است که این بعد زمانی نیز همانند هفت بعد مکانی ناپیدای دیگر، آنچنان در خود پیچیده باشند که به چشم ما نمی آیند. اگر چنین باشد، تنها راه برای باز کردن این بعد زمانی درهم پیچیده، متمرکز کردن مقدار عظیمی از انرژی در حجمی بسیار کوچک خواهد بود؛ کاری که در صورت موفقیت آمیز بودن، نتایج شگرفی در پی خواهد داشت.
«وفا» در این باره می گوید؛ «اگر بتوان این بعد زمانی اضافی را از هم باز کرد، در آن صورت اشیا دیگر آن گونه که اکنون تصور می کنیم در زمان حرکت نخواهند کرد.» برای فهم بهتر این مساله به این نکته توجه داشته باشید که در بعد مکان می توان توامان به جلو و عقب، بالا و پایین و چپ و راست حرکت کرد و این درحالی است که در حالت معمول در بعد زمان تنها می توان به سوی آینده حرکت کرد. اما همان طور که «ویلچک» هم می گوید، چنانچه بیش از یک بعد زمانی وجود داشته باشد در آن صورت حتی می توان در درون یک لحظه نیز به مسافرتی ابدی پرداخت؛ سفری در امتداد عمود بر جهت سیر زمان. به این ترتیب اگر چنانچه از وقوع رویدادی ناگوار در آینده باخبر شدیم، می توان با حرکت در درون یک لحظه (به جای حرکت در امتداد لحظه ها و در جهت سیر زمان)، از مواجه شدن با واقعه مزبور اجتناب کرد.
البته باید گفت تمرکز انرژی آنچنان عظیمی که بتواند بعد زمانی اضافی و درهم پیچیده نظریه F را از هم باز کند، کاری فوق العاده دشوار خواهد بود. به همین دلیل هم برخی فیزیکدان ها معتقدند تنها نقاطی در جهان ما که امکان ظهور آثار این بعد اضافی در آنجاها وجود دارد، مرکز سیاهچاله ها است. در ضمن بسیاری از کیهان شناسان بر این باورند که گذشته از جهان ما، جهان های بی شمار دیگری نیز در پهنه کائنات وجود دارند و هریک از این جهان ها ممکن است تعداد ابعاد مکانی و زمانی کاملاً متفاوتی نسبت به جهان ما داشته باشند. اما واقعاً زندگی در جهانی با ابعاد زمانی چندگانه چگونه خواهد بود؟ «ویلچک» می گوید؛ «پاسخ این سوال بسیار حیرت انگیز است» و ادامه می دهد؛ «آیا وجود چنین جهانی غیرممکن است؟ نه، فکر نمی کنم چراکه می توان معادلات توصیف کننده چنین جهانی را نوشت. اما آیا پاسخ این معادلات، جهانی شبیه به جهان ما خواهد بود؟ من که بعید می دانم.»

http://www.aftab.ir/images/article/break.gifwww.NewScientist.com
گابریل والکر
ترجمه؛ شهاب شعری مقدمروزنامه اعتماد ( www.etemaad.ir )