بعد پنجم چیست؟ فرضیه‌ای علمی یا داستانی تخیلی؟ در دیجیتال مارک

آیا به وجود بُعدهای اضافی یا جهان‌های موازی یا واقعیت جایگزین اعتقاد دارید؟ شاید فقط به آن‌ها علاقه دارید و از تماشای فیلم‌های مربوط به این موضوعات، مانند سریال Star Trek یا Stranger Things لذت می‌برید. شاید یکی از نمونه‌های موفق و البته دلهره‌آور بُعد اضافی را بتوان در سری بازی‌های Silent Hill تجربه کرد. در عنوان چهارم این بازی، می‌بینیم شخصیت اول بازی با عبور از درون سوراخی، وارد بُعد اضافی می‌شود که از هیولا و موجودات شیطانی لبریز است.

در این بُعد، اتفاقات عجیبی می‌افتد؛ انگار که از قوانین فیزیکی متفاوتی پیروی می‌کند. بااین‌حال، این بُعد با دنیای واقعی یک وجه مشترک دارد: اگر کسی در این بُعد بمیرد‌ که به‌دلیل وجود هیولاها احتمالش بسیار زیاد است، در جهان واقعی نیز خواهد مُرد. بدین‌ترتیب، بازی بین این بُعد اضافی با دنیای «واقعی» پیوند برقرار می‌کند.

سوراخی در دیوار که شخصیت بازی سایلنت هیل را وارد بُعد دیگری می‌کند

پرداختن به بُعد پنجم در داستان‌های عملی‌تخیلی یا ترسناک موضوع تازه‌ای نیست و طرفداران زیادی هم دارد. بااین‌حال، شاید تعجب کنید برخی فیزیک‌دانان در چند دهه‌ی گذشته سعی کرده‌اند وجود این بُعد یا ابعاد اضافی دیگر را اثبات کنند. در این مقاله، بُعد پنجم را از نظر علمی بررسی می‌کنیم و نشان می‌دهیم این ایده از کجا شکل گرفت و به کدام پرسش دانشمندان پاسخ می‌دهد و چقدر احتمال دارد واقعیت داشته باشد. با ما همراه باشید. 

بُعد پنجم

تئودور کالوتسا، ریاضی‌دان و نظریه‌پرداز آلمانی‌ (سمت چپ) و اسکار کلاین، فیزیک‌دان سوئدی (سمت راست)

در اوایل قرن بیستم، تئودور کالوتسا، ریاضی‌دان و نظریه‌پرداز آلمانی و اسکار کلاین، فیزیک‌دان سوئدی، این ایده را اولین‌بار به‌طورجداگانه مطرح کرد‌ که فضازمان احتمالا بیشتر از چهار بُعد دارد. در سال ۱۹۲۱، کالوتسا مقاله‌ای منتشر کرد که در آن، نظریه‌ی نسبیت عام انیشتین را از چهار بُعد به پنج بُعد تعمیم داد و در سال ۱۹۲۶، کلاین این فرضیه را مطرح کرد که بُعد فضایی چهارم به شکل دایره‌ای با شعاع بسیار کوچک در خود جمع شده و «فشرده» است. گفتنی است نظریه‌ی نسبیت عام انیشتین همچنان بهترین توصیف از سازوکار گرانش است.

به‌عبارت‌دیگر، فضازمان پنج‌بُعدی را می‌توان ترکیبی از نظریه‌ی گرانش انیشتین در چهار بُعد و نظریه‌ی الکترومغناطیس ماکسول در نظر گرفت؛ به‌همین‌دلیل، مدل فیزیکی که سعی می‌کند نیروی گرانش و الکترومغناطیس را متحد کند، به نظریه‌ی کالوتسا‌کلاین (نظریه‌ی KK) معروف است. البته امروزه از این عبارت برای اشاره به هر نظریه‌ای درباره‌ی ابعاد فضایی اضافی استفاده می‌شود. 

بعدها مشخص شد رویکرد این دو نظریه‌پرداز درباره‌ی اثبات بُعد پنجم تا حدی نادرست بوده است؛ اما نظریه‌ی کالوتساکلاین در دهه‌ی ۱۹۷۰ به‌دلیل ظهور نظریه‌ی ریسمان جان دوباره‌ای گرفت و تلاش‌ها برای اثبات بُعد پنجم از سر گرفته شد. نظریه‌ی ریسمان برای توضیح سازوکارش به بیش از چهار بُعد سنتی نیاز دارد.

در بین نظریه‌پردازانی که برای اثبات بُعد پنجم تلاش می‌کنند، دو موضوع بیشتر به‌چشم می‌خورد: ۱. تلاش برای یافتن توضیحی برای دلیل ضعیف‌بودن نیروی گرانش در‌مقایسه‌با نیروهای دیگر طبیعت؛ ۲. یافتن راهی برای رفع تناقض نظریه‌ی ریسمان و توضیح سازوکار آن.   

نشت گرانش

همان‌طورکه می‌دانید، تمام کنش‌ها و واکنش‌های جهان هستی تحت‌کنترل چهار نیروی اصلی طبیعت است:

• گرانش که روی هر جسم دارای جرم اثر می‌گذارد، همیشه جاذبه و دوربرد است؛
• نیروی الکترومغناطیسی که اجزای ماده را کنارهم نگه می‌دارد و بین بارهای هم‌نام دافعه و بین بارهای ناهم‌نام جاذبه ایجاد می‌کند؛
• نیروی هسته‌ای قوی کوتاه‌برد که باعث پایداری هسته‌ی اتم می‌شود و به نیروی الکترومغناطیس اجازه نمی‌دهد، دافعه‌ی بین ذرات با بارهای هم‌نام باعث از هم فروپاشی اتم شود؛
• هسته‌ای ضعیف که باعث واپاشی نوترون و پروتون می‌شود و عامل اصلی پرتوزایی و تولید انرژی هسته‌ای است. 

مدت‌ها است این سؤال ذهن فیزیک‌دانان را درباره‌ی چهار نیروی بنیادین یادشده به‌خود مشغول کرده است: «چرا نیروی گرانش که فواصل کهکشانی را در‌می‌نوردد و در غیاب نیروی الکترومغناطیس مهم‌ترین نیروی اثر‌گذار بر اجرام است، در‌برابر نیروهای دیگر این‌قدر ضعیف عمل می‌کند؟» درواقع، نیروی الکترومغناطیسی ۱،۰۳۶ بار قوی‌تر از گرانش است؛ به‌همین‌دلیل، وقتی آهن‌ربای کوچکی را به گیره‌ی کاغذ نزدیک می‌کنید، نیروی الکترومغناطیسی به‌راحتی آن را به‌سمت خود می‌کشد. این در حالی است ‌که کل جرم زمین می‌کوشد آن را به‌سمت مخالف بکشد؛ اما از‌پسِ نیروی الکترومغناطیس برنمی‌آید. چرا؟

از دیدگاه برخی فیزیک‌دانان، بخش اعظمی از نیروی گرانش درون بُعد پنجم نشت کرده است

فیزیک‌دانانی چون لیسا رندل و رامان ساندرام بدین‌نتیجه رسیدند که دلیل ضعیف‌بودن نیروی گرانش آن است که بخش اعظم این نیرو اصلا در چهاربُعدی نیست که در آن زندگی می‌کنیم؛ بلکه در بُعدی دیگر، یعنی بُعد پنجم، حضور دارد.

از دیدگاه این دو فیزیک‌دان، گراویتون‌ها، ذرات حامل نیروی گرانش، به داخل بُعد پنجم نشت می‌کنند یا شاید بهتر است بگوییم جایگاه اصلی گراویتون‌ها بُعد پنجم است و تنها بخشی از آن‌ها به داخل فضازمان چهار‌بُعدی نشت کرده است؛ به‌همین‌دلیل، نیروی گرانش از نیروی الکترومغناطیس ضعیف‌تر است.  

اگر فکر می‌کنید این دنیای ساختگی از وسط داستان آلیس در سرزمین عجایب بیرون آمده است، شما تنها کسی نیستید که این‌طور فکر می‌کند. در نبود شواهد محکم، نظریه‌پردازان بسیاری هستند که به درستی «نشت گرانش» شک دارند و برخی از آن‌ها با آزمایش‌هایی سعی کرده‌اند این ایده را رد کنند. بااین‌حال در سال ۲۰۰۶، رندل ابراز امیدواری کرد تا پنج سال آینده، آزمایش‌های بلندپروازانه‌ای بتواند وجود این ابعاد اضافی را اثبات کند. حالا از آن روز ۱۴ سال گذشته است؛ اما فیزیک‌دانان از تلاش برای پیدا‌کردن این ابعاد دست نکشیده‌اند. 

تناقض نظریه‌ی ریسمان

اگر از طرفداران نظریه‌ی جهان هولوگرافیک باشید که می‌گوید دنیای به‌ظاهر سه‌بُعدی ما درواقع فقط دو بُعد دارد و عمقی در کار نیست، شاید فکر کنید در بحث با افرادی به تفاهم نرسید که می‌گویند اتفاقا دنیا پنج بُعد یا حتی بیشتر دارد. بااین‌حال، جالب است بدانید یکی از طرفداران پروپاقرص ایده‌ی جهان هولوگرافیک، خوان مالداسنا، فیزیک‌دان نظری آرژانتینی به وجود بُعد پنجم نیز معتقد است. ناگفته نماند کشف تناظر AdS/CFT او کمک کرد طرزکار هولوگرافی سرانجام از روی کاغذ خارج و در قالب مدل فضای فرضی نمایش داده شود. مالداسنا از طرفداران نظریه‌ی ریسمان است و در مقاله‌ای با عنوان درون بُعد پنجم، برای توضیح و رفع تناقض این نظریه با قوانین استاندارد فیزیک، از وجود بُعد پنجم در جهان دفاع می‌کند.

طبق نظریه‎ی ریسمان، ذراتی چون پروتون را می‌توان شبیه رشته یا ریسمان‌های تک‌بُعدی و مرتعش در نظر گرفت که ارتعاشات آن‌ها جرم و انرژی‌ ماده را تعیین می‌کند. باوجوداین، پروتون ذره‌ی بنیادین نیست و خودش حاوی ذرات کوچک‌تر و نقطه‌ای شکل به نام کوارک است که نظریه‌ی ریسمان مبنی بر تک‎بُعدی و رشته‌ای‌ بودن آن را نقض می‌کند. از دیدگاه مالداسنا، وجود بُعد پنجم می‌تواند این تناقض را برطرف کند. 

طبق گفته‌ی مالداسنا، اجسام در چهار بُعد به شکل ذره، اما در بُعد پنجم به شکل رشته به‌نظر می‌آیند

طبق نظریه‌ی کرومودینامیک کوانتومی، ذرات کوارک داخل پروتون را گلوئون به‌هم متصل می‌کند و این گلوئون‌ها در انرژی پایین به شکل رشته در‌می‌آیند. اینکه درون پروتون رشته وجود دارد، برای نظریه‌پردازان ریسمان اتفاق دلگرم‌کننده‌ای بود؛ چون هنوز می‌توانستند بر درستی این نظریه پافشاری کنند. 

طبق گفته‌ی مالداسنا،‌ این رشته‌ها به‌جای حرکت در چهار بُعد، در پنج بُعد حرکت می‌کنند. به‌عبارت‌دیگر، خود گلوئون‌ها که این رشته‌ها را می‌سازند، در چهار بُعد طول، عرض، ارتفاع و زمان حرکت می‌کنند؛ ولی خود رشته وارد بُعد پنجم می‌شود. درحقیقت، مالداسنا معتقد است ما اجسام را فقط در چهار بُعد به‌صورت ذرات نقطه‌ای می‎بینیم؛ درحالی‌که در بُعد پنجم آن‌ها به شکل رشته‌های تأییدشده‌ی نظریه‌ی ریسمان به‌نظر می‌آیند.

طبق شکل بالا، رشته‌هایی که وارد بُعد پنجم می‌شوند، در دنیای روزمره‌ی ما به‌صورت بازتابی در مرز چهار‌بُعدی از فضازمان نمایان می‌شوند. رشته‌ای که در جایگاه‌های مختلف در طول بُعد پنجم قرار گرفته است، با ذرات با اندازه‌های مختلفی متناظر است که در بُعد چهارم وجود دارد. هرچه رشته از مرز دورتر می‌شود، اندازه‌ی ذره در دنیای چهاربُعدی بزرگ‌تر می‌شود. همچنین، رشته‎ای که به مرز بسیار نزدیک است، در دنیای چهاربُعدی به‌صورت ذره‌ی نقطه‌ای به‌نظر می‌آید و بدین‌ترتیب، تعبیر رشته‌ای از پروتون در تناقض با وجود ذرات نقطه‌ای شکل درون آن نیست.  

شاید از خودتان بپرسید تمام این تلاش‌ها برای اثبات چیزی که نمی‌توان به چشم دید، با چه هدفی انجام می‌شود و اصلا چرا باید فیزیک‌دانان خودشان را این همه به‌دردسر بیندازند. جواب این است که نظریه‌های به‌ظاهر عجیب‌و‌غریب برای دل‌خوشی نویسندگان و دوستداران داستان‌های عملی‌تخیلی مطرح نمی‌شود؛ بلکه برای فیزیک‌دانان تصور این ابعاد اضافی نامرئی راه‌حلی امیدبخش برای مسائلی است که از زمان انیشتین تاکنون آن‌ها را کلافه کرده است. 

مشکل بُعد پنجم

تلاش برای تصور ابعاد فضایی بیش از سه‌بُعدی که با آن آشنایی داریم، کار آسانی نیست؛ زیرا با منطق و غریزه‎ی ما جور در‌نمی‎آید. چطور ممکن است مسیری به‌غیر از جلو‌و‌عقب و چپ‌و‌راست و بالا‌و‌پایین وجود داشته باشد؟ مثالی که شاید بتواند درک این مفهوم را ساده‌تر کند، مثال بندبازی است که روی طنابی ایستاده و می‌خواهد در امتداد آن حرکت کند. از دید این بندباز، تنها مسیر ممکن حرکت به جلو یا عقب است؛ اما اگر به‌جای بندباز مورچه‌ای روی طناب قرار گرفته باشد، حرکت در مسیرهای بیشتری ازجمله دور طناب نیز ممکن می‌شود.

درباره‌ی ابعاد اضافی هم می‌توان گفت این ابعاد از دید کسی پنهان است که از مسافت دورتری به آن نگاه می‌کند. به‌عبارت‌دیگر، دلیل اینکه هنوز دانشمندان موفق نشده‌اند بُعد پنجم یا ابعاد اضافی دیگر را مشاهده کنند، فشردگی بیش‌از‌حد آن است. به‌اعتقاد برخی فیزیک‌دانان، رویت ابعاد اضافی جهان اگر واقعا وجود داشته باشند، به‌دلیل اندازه‌ی بی‌نهایت کوچک آن‌ها هرگز محقق نمی‌شود. بااین‌حال، برخی دانشمندان تلاش می‌کنند با انجام آزمایش‌هایی با انرژی‌های بسیار زیاد بتوانند وجود این ابعاد را اثبات کنند. 

چشم امید دانشمندان به برخورددهنده‌ی هادرونی بزرگ‌ (LHC)

برای اثبات ابعاد اضافی، مدل‌های ریاضی بسیاری پیشنهاد شده است؛ اما این مدل‌ها در حد فرضیه هستند و تمام فیزیک‌دانان و نظریه‌پردازان را نمی‌توانند متقاعد کنند. شاید بهترین فرصت فیزیک‌دانان برای اثبات و مشاهده‌ی بُعد پنجم، برخورد‌دهنده‌ی هادرونی بزرگ‌ (Large Hadron Collider) یا به‌اختصار LHC باشد. 

اگر بُعد پنجم وجود داشته باشد، می‌توان امیدوار بود از برخورد ذرات معمولی با یکدیگر که در آزمایش‌های LHC پروتون هستند، در انرژی‌‎های بسیار زیاد ذرات KK تولید شود. طبق نظریه‌ی KK، برای هر ذره‌ای در مدل استاندارد دنیای چهاربُعدی یک ذره‌ی KK متناظر و سنگین‌تر در بُعد دیگر وجود دارد. ازنظر این تئوری، حتی ماده‌ی تاریک که از همین ذرات KK تشکیل شده است، مشاهده‌کردنی نیست و با نور تقریبا تعاملی ندارد. طبق این فرضیه، وقتی ذرات پروتون به ذرات KK تبدیل می‌شوند، ناگزیر وارد بُعد پنجم می‌شوند. 

LHC بزرگ‌ترین برخورددهنده‌ی ذرات در جهان است که در سال ۲۰۰۵، در تونل ۲۷کیلومتری در عمق ۱۵۰ تا ۵۰۰ متری زیر مرز سوئیس و فرانسه در شهر سرن مستقر شد. هدف از این پروژه آن است که ذرات را تا نزدیکی سرعت نور شتاب و سپس به هم برخورد دهد. در‌نتیجه‌ی برخورد این ذرات، ذرات کوچک‌تری ایجاد می‌شود که درباره‌ی اجزای سازنده‌ی ماده اطلاعات مهمی برملا می‌کند. 

LHC با فرمول E=mc² انیشتین سروکار دارد

این برخورددهنده با فرمول معروف اینشتین، یعنی E=mc²، سروکار دارد و می‌خواهد ماده را به انرژی و سپس به اشکال مختلف ماده تبدیل کند. در برخی مواقع نیز، می‌تواند با صرف‌نظر از قدم اول،‌ فقط انرژی محض را به‌شکل امواج الکترومغناطیس به‌هم برخورد دهد.

اگرچه تاکنون هیچ‌کدام از آزمایش‌های LHC، ازجمله ATLAS و CMS، موفق نشده‌اند مدرکی برای اثبات وجود بُعد پنجم کشف کنند؛ اما در جدیدترین آزمایش این برخورددهنده، دانشمندان فوتون‌هایی (ذرات نور) مشاهده کنند که بُعد از برخورد، به بوزون‌های دبلیو تبدیل می‌شوند که حامل نیروی هسته‌ای ضعیف هستند و باعث واپاشی هسته‌ای می‌شوند. این تحقیق نه‌تنها نشان داد ماده و انرژی دو روی یک سکه‌اند؛ بلکه تأیید کرد در انرژی‌های بسیار زیاد، دو نیرو که در زندگی روزمره‎ی ما از یکدیگر جدا به‌نظر می‌رسند، یعنی الکترومغناطیس و نیروی ضعیف، با‌هم متحد هستند.

بی‌‌دلیل نیست طرفداران نظریه‌ی ریسمان به‌ آینده‌ی آزمایش‌های LHC دل بسته‌اند و امیدوار هستند روزی یکی از این آزمایش‌ها به کشف بُعد پنجم و حتی ابعاد اضافی دیگر بینجامد. افزون‌براین، اینکه هنوز دانشمندان موفق نشده‌اند بُعد پنجم مشاهده کنند، به‌معنی رد کامل این فرضیه نیست؛ بلکه ممکن است اندازه‌ی این ابعاد از آنچه قبلا تصور می‌شد، بسیار کوچک‎تر باشد.

رد نظریه‌ی ابعاد اضافی 

اگر از طرفداران نظریه‌ی ریسمان نباشید، احتمالا برای قبول فرضیه‌ی ابعاد اضافی دلیل قانع‌کننده‌ای نخواهید داشت. در‌کنار مطالعات و آزمایش‌های انجام‌شده برای اثبات وجود بُعد پنجم و بیشتر‌، آزمایش‌هایی هم برای رد این فرضیه انجام شده است. البته در‌حال‌حاضر، موضوع ابعاد اضافی را نه می‌توان کاملا اثبات و نه می‌توان کاملا رد کرد. تلاش‌هایی که برای رد آن شده است، در‌نهایت فقط می‌توانند بگویند این ابعاد اضافی اگر هم وجود داشته باشند، بسیار بسیار کوچک‌تر از آن است که بتوان تأثیر آن‌ها را در فعل‌و‌انفعالات جهان هستی مشاهده کرد. 

یکی از این مطالعات، مطالعه‌ی مک و مک‌نی در سال ۲۰۱۸ است. مطالعه‌ی یادشده این فرضیه را مطرح می‌کند که در‌اثر برخورد دو پروتون با سرعت بسیار زیاد و نزدیک به سرعت نور به یکدیگر، سیاه‌چاله‌ی بسیار کوچکی ایجاد می‌شود که تنها اندازه‌ی کسری از ثانیه وجود دارد و بعد ناپدید می‌شود. 

این برخورد به ایجاد فضای بینابُعدی حبابی‌شکلی منجر می‌شود که در آن، قوانین فیزیک از آنچه می‌شناسیم، متفاوت است و باعث ایجاد پدیده‌ای ناشناخته موسوم به «زوال خلا» (Vacuum Decay) می‌شود. حباب حاوی زوال خلأ به سرعت نور در جهان گسترش می‌یابد و به‌محض عبور از درون هر چیزی،‌ خواه ماده باشد خواه نیروهای طبیعت، آن‌ها را از کار می‌اندازد. در‌واقع، جهان پس از زوال خلأ دیگر جایی برای زندگی نیست.

_{در این مدل، دو ذره‌ی زیراتمی در جهان سه‌بُعدی ما برخورد می‌کنند و از این برخورد ذره‌ی گراویتون تشکیل‌شده به بُعد پنجم وارد می‌شود}

به‌گفته‌ی این دو فیزیک‌دان، اگر این فضای بینابُعدی به‌اندازه‎ی کافی بزرگ بود، به‌دلیل پدیده‌ی زوال خلأ اثری از ما و جهان باقی نمی‌ماند. همچنین، پرتوهای کیهانی با انرژی بسیار زیاد تمام مدت در حال برخورد با یکدیگر هستند و آن‌قدر انرژی دارند که چنین فرایندی را تا الان آغاز کرده باشند.

اگر ابعاد اضافی آن‌قدر بزرگ بودند که به این «حباب مرگ کیهانی» اجازه‌ی شکل‌گیری می‌دانند، تا الان هزاران بار این اتفاق باید افتاده بود. اینکه هنوز وجود داریم، مدرکی است که ابعاد اضافی یا وجود ندارند یا فوق‌العاده ریز هستند. تیم تحقیقاتی یادشده محاسبه کرد این اندازه باید کوچک‌تر از ۱۶ نانومتر باشد؛ یعنی صدها بار کوچک‌تر از اندازه‌ای که قبلا تخمین زده شده بود و آن‌قدر کوچک که گرانش آن نمی‌تواند روی دنیای ما اثر بگذارد.

کیتی مک، فیزیک‌دان دانشگاه کارولینای شمالی می‌گوید: «اگر زمانی‌که حباب در حال انبساط است در نزدیکی آن ایستاده باشید، حتی متوجه آمدنش به‌سمتتان نخواهید شد. اگر از زیر به‌سمت شما بیاید، پاهایتان قبل از اینکه ذهنتان متوجه شود، از هستی ساقط می‌شود.» از دیدگاه او، این داستان ترسناک فقط زمانی به واقعیت تبدیل می‌شود که جهان علاوه‌بر آن چهار بُعد، یک بُعد اضافه هم داشته باشد و چون چنین اتفاقی هنوز نیفتاده است یا بُعد پنجمی در کار نیست یا اگر هست، اندازه‌اش آن‌قدر کوچک است که گرانش آن تأثیری بر دنیای ما ندارد.

طرح مفهومی از امواج گرانشی

یکی از پرسش‌های مهم درباره‌ی دنیای فیزیک افزایش سرعت انبساط جهان و یکی از فرضیه‌های مربوط به آن نشت نیروی گرانش درون ابعاد دیگر است. برای آزمایش درستی یا ناردستی این فرضیه و ابعاد فضازمان، مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۸ روی داده‌های به‌دست‌آمده از امواج گرانشی تازه‌کشف‌شده انجام شد. طبق استدلال این محققان، اگر جهان ما در حال نشت نیروی گرانش درون ابعاد اضافی است، آن وقت امواج گرانشی باید بعد از طی کل جهان، از آنچه انتظار می‌رود ضعیف‌تر باشند. محققان دریافتند این امواج بعد از سفر دور‌و‌درازشان انرژی‌ای از دست نداده‌اند؛ در نتیجه یا ابعاد اضافی وجود ندارد یا آن‌قدر کوچک است که تأثیر بسیار ناچیزی روی گرانش می‌گذارند. 

کریس پاردو، فیزیک‌دان دانشگاه پرینستون و نویسنده‌ی ارشد این مطالعه، معتقد است: «نسبیت عام می‌گوید گرانش باید در سه بُعد فعال باشد و نتایج این مطالعه نیز همین را نشان می‌دهد.» این مطالعه نتیجه‌گیری کرد اندازه‌ی این ابعاد اضافی آن‌قدر کوچک است که خیلی از نظریه‌های مربوط به نشت گرانش را منتفی می‌کند. البته عوامل ناشناخته در این دو مطالعه آن‌قدر زیاد است که نمی‌توان به‌‌قطع گفت اندازه‌ی ۱۶ نانومتر برای این ابعاد اندازه‌ی دقیقی است. افزون‌براین، برخی دانشمندان هنوز تلاش می‌کنند با‌ انجام آزمایش‌های دقیق‌تر بالاخره وجود ابعاد اضافی را ثابت کنند. 

جهان ده‌بُعدی

نظریه‌ی ریسمان برای علاقه‌مندان به جهان‌های موازی و سفر در زمان می‌تواند نظریه‌ی هیجان‌انگیزی باشد. بسیاری از موضوعات مطرح‌شده در این نظریه اگر با منطق بسیاری افراد همخوان نیست، دست‌کم با منطق ریاضی درک‌کردنی است. طبق نظریه‌ی ریسمان، جهان در‌واقع ده بُعد دارد: نُه بُعد فضایی و یک بُعد زمانی:

• بُعد اول و دوم فقط یک نقطه است. اگر محور مختصات را از دوران مدرسه به‌خاطر بیاورید، با داشتن مقادیر X و Y می‌توانید نقطه‌ای روی این محور رسم کنید.
• بُعد سوم همان عمق است که روی محور مختصات با Z نمایش داده می‌شود. برای اینکه بتوانیم جای هر چیزی را روی زمین مشخص کنیم& به هر سه مقادیر طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا نیاز داریم.
• بُعد چهارم زمان است و برای تعیین موقعیت لازم است” چون آنچه الان در این مختصات قرار دارد، ممکن است چند ساعت دیگر جای دیگری باشد. از بُعد چهارم به‌بعد، داستان عجیب‌و‌غریب و شبیه سناریو فیلم‌های نولان می‌شود. 
• اگر می‌توانستیم در بُعد پنجم نگاه کنیم، با جهانی مواجه می‌شدیم که با جهان ما کمی متفاوت است. این بُعد به ما این امکان را می‌دهد تا شباهت‌ها و تفاوت‌های بین جهان خود و جهان‌های دیگر را بررسی کنیم. 
• در بُعد ششم، با چندین جهان ممکن روبه‌رو می‌شویم که مثل جهان ما با انفجار بزرگ پدید آمده‌اند؛ اما اتفاقات متفاوتی در آن‌ها رخ می‌دهد. اگر بتوانید بُعد پنجم و ششم را تحت‌کنترل خود درآورید، می‌توانید به گذشته و آینده سفر کنید. 
• در بُعد هفتم، به جهان‌های ممکنی دسترسی داریم که متفاوت از جهان ما پدید آمده‌اند و در‌نتیجه، از همان ابتدا با جهان ما تفاوت اساسی دارند.
• بُعد هشتم به ما مجموعه‌ای از جهان‌های ممکن را می‌دهد که هر‌کدام داستان پیدایش متفاوتی داشته‌اند و تا بی‌نهایت ادامه دارند. 
• در بُعد نهم، می‌توانیم تمام تاریخچه‌های جهان‌های ممکن را به‌همراه تمام قوانین فیزیکی ممکن و شرایط پیدایش آن‌ها با یکدیگر مقایسه کنیم.
• در بُعد دهم، به نقطه‌ای می‌رسیم که هر چیز ممکن و تصورکردنی را در خود جای داده است. ورای این بُعد دیگر از حد تصور بشر خارج است و معادلات نظریه‌ی ریسمان نیز با همین ده بُعد پشتیبانی می‌شود. 

برخی دانشمندان معتقدند با نگاه درون تلسکوپ و مشاهده‌ی نوری که از جهان اولیه آمده است، یعنی با نگاه به میلیاردها سال قبل، ممکن است بتوانند تأثیر این ابعاد اضافی را در سیر تحولی کیهان مشاهده کنند. 

دنیای زیبا و مرموز از دید نظریه‌ی ریسمان

نظریه‌ی ریسمان تلاشی برای آشتی‌دادن دو ستون اصلی فیزیک قرن بیستم، یعنی مکانیک کوانتومی و گرانش است. طبق این نظریه، تمام ذرات رشته‌هایی تک‌بُعدی هستند که ارتعاشات آن‌ها خواص ماده مانند جرم و بار الکتریکی آن‌ها را تعیین می‌کند. از منظر ریاضیات و فرمول، این نظریه بسیار زیبا به‌نظر می‌آید و مدت‌ها است یکی از مدعیان برجسته‌ی نظریه‌ی همه‌چیز است؛ یعنی چهارچوبی که بتوان با آن تمام قوانین فیزیک جهان را توضیح داد. 

هنگامی‌که دانشمندان در حال آزمایش روی نظریه‌ی کوانتوم با بیشترین درجه‌ی دقت بودند، انیشتین حاضر نشد بپذیرد این نظریه‌ی نهایی برای توضیح سازوکار جهان است. او آخرین سال‌های عمرش در تلاش بود راهی برای سازگارکردن نظریه‌ی گرانشی خودش با توصیف کوانتومی جهان پیدا کند؛ اما موفق نشد و بدون اینکه به آرزویش برسد، از دنیا رفت. 

بیش از چهل سال بعد، آرزوی انیشتین بالاخره محقق شد و مشکل ناسازگاری نسبیت عام و مکانیک کوانتومی انگار بالاخره قرار بود با نظریه‎ی ریسمان حل شود. اگر حق با نظریه‎پردازان ریسمان باشد، ما در دنیایی زندگی می‌کنیم که از آنچه تصور می‌کنیم، بسیار پهناورتر است.  

همان‌طور‌که گفتیم، این دنیا ده بُعد دارد. برخی از این ابعاد در مقیاس میکروسکوپی در خود جمع شده‌اند و برخی دیگر بزرگ و ازنظر ما واقعی هستند؛ دنیایی که در آن بین فضا و زمان تفاوتی وجود ندارد؛ دنیایی که در آن مفهوم زمان و فضا از بین می‌رود. برایان گرین، استاد دانشگاه کلمبیا، درباره‌ی این موضوع می‌گوید: «اگر نظریه‌ی ریسمان درست باشد، تاروپود جهان ما خواصی دارد که حتی انیشتین را هم حیرت‌زده می‌کرد.»

اگر نظریه‌ی ریسمان درست باشد، تاروپود جهان ما خواصی دارد که حتی انیشتین را هم حیرت‌زده می‌کرد

در نظریه‌ی ریسمان، از ذرات بنیادی (مثل الکترون یا کوارک) خبری نیست؛ بلکه صحبت از رشته‌های مرتعش است. این رشته‌ها از چیزی ساخته نشدند؛ بلکه خودشان سازنده‌ی اساسی ماده هستند. پیامد جایگزین‌کردن ذرات نقطه‌ای‌شکل با رشته‌های مرتعش میکروسکوپی بی‎نهایت عظیم است. تنها چهارچوب منسجمی که بتواند این رشته‌ها را توضیح دهد، نیازمند دنیایی با دَه یا یازده بُعد است. ابعاد اضافی و بسیار فشرده‌ی مدل ریسمان خواص دنیای ما را تعیین می‌کنند و ابعاد بزرگ‌تر همان سه بُعد فضایی و یک بُعد زمانی است که برای ما درک‌پذیر و تجربه‌کردنی است. 

این تئوری تلاشی برای پیوند‌دادن هر چهار نیروی اصلی طبیعت است و نظریه‌پردازان ریسمان برای رسیدن به این هدف حاضرند از مفهوم سنتی فضا و زمان دست بکشند و جهانی ده‌بُعدی را تصور کنند تا پیوند بین این چهار نیرو سرانجام ممکن شود. 

هنوز کسی نمی داند آیا نظریه‌ی ریسمان نظریه‌ی همه‌چیز است؛ البته اگر واقعا چنین نظریه‌ای وجود داشته باشد. ظرفیت این نظریه آن‌قدر زیاد است که می‌تواند تا چند سال آینده برای توضیح سازوکار درونی جهان به‌کار رود. ادوارد ویتن، یکی از پیش‌گامان این نظریه، اعتقاد دارد: «نظریه‌ی ریسمان بخشی از فیزیک قرن بیست‌و‌یکم است که اتفاقی سر از قرن بیستم در‌آورد.»

دیدگاه شما کاربران دیجیتال مارک درباره‌ی بُعد پنجم یا ابعاد اضافی دیگر جهان نیست؟ آیا روزی خواهد رسید که وجود این ابعاد اثبات شود یا این فرضیه‌ها فقط در دنیای داستان‌های علمی‌تخیلی کاربرد دارد؟