آیا بعد پنجم وجود دارد؟

به گزارش گروه اجتماعی برنا؛ جهانی را تصور کنید که در آن فقط می توانید روی یک خط به جلو یا عقب حرکت کنید. در این وضعیت، یعنی دنیای تک بعدی، فقط یک نقطه روبرو و فقط یک نقطه پشت سر را خواهید دید. حالا بعد دوم را به آن اضافه کنید. با اضافه شدن بعد دوم علاوه بر حرکت به جلو یا عقب، حرکت به چپ و راست هم خواهید داشت و روی خطوطی در یک سطح صاف جابجا می شوید، ولی چیزی به نام عمق را تجربه نخواهید کرد.

اما بعد پنجم چطور؟ چگونه می توان در آن حرکت کرد؟ سازوکارش چگونه است؟ آیا قفس چهاربعدی ذهن ما باعث شده تا بعد پنجم را تجربه نکنیم؟ آیا جهان یازده بعد دارد که بعضی از آنها فقط توسط کوچک ترین اجزای هستی تجربه می شوند؟

شاید شما هم مثل تمام افرادی که فیزیک خوانده اند یا شرایط غیرعادی و ماورایی را تجربه کرده اند، به دنبال بعد پنجم و درک ماهیت آن بوده اید. در این مطلب پاسخ چند فیزیکدان و ریاضیدان به این سؤال گردآوری شده است.

جونا کرون

پژوهشگر گروه تحقیقاتی TRIUMF در مقطع فوق دکترا، ونکوور، کانادا

بعد اضافه احتمالاً می تواند بعضی ویژگی های ذراتی که در آزمایشات به آنها برخورده ایم را توضیح دهد، یا وجود دیگر ذرات را پیش بینی نماید، یا رفتار جاذبه را تفسیر کند.

بعد پنجم، چه واقعی باشد و چه نباشد، مبنای محاسباتی فوق العاده ارزشمندی محسوب می شود. تصویر پنج بعدی امکان اجرای محاسباتی را برای ما ممکن می کند که در فضای چهاربعدی میسر نخواهد بود.

احتمالاً هیچوقت بعد پنجم را به شکل مستقیم نخواهیم دید، اما شاید بتوانیم شواهدی برای وجود آن به دست بیاوریم. مثلاً هیچکس تابحال یک کوارک را به صورت مجزا ندیده، اما مدل کوارک به راحتی ویژگی های ذرات بزرگ تر و ترکیبی یعنی هادرون ها را توضیح می دهد. به همین خاطر دانشمندان، کوارک ها را به عنوان ذرات بنیادی در نظر می گیرند.

به همین صورت اگر شواهد کافی برای نظریات فضای پنج بعدی به دست آوریم، یعنی اطلاعات موجود را تفسیر کرده و پیش بینی های دقیقی انجام دهیم، آنگاه وجود بعد پنجم بسیار محتمل خواهد بود.

تیم راس

فیزیکدان مؤسسه فیزیک نظری دانشگاه فناوری وین

بعدهای اضافه چگونه هستند؟ از آنجا که این بعدها را نمی بینیم، باید خیلی کوچک باشند. ساده ترین مثال برای روشن ساختن این موضوع، نِی است. نِی از دور شبیه یک شیء تک بعدی به نظر می رسد ولی وقتی به آن نزدیک شوید، بعد دیگری را به شکل دایره داخل آن می بینید. شاید بعد پنجم در فضا به شکل همین دایره کوچک حضور دارد، اما به قدری کوچک است که آن را نمی بینیم.

روش های پیچیده تری برای جستجوی بعدهای اضافه وجود دارد که در آنها از نور یا میکروسکوپ استفاده نمی شود، اما تمام این روش ها فقط کران بالای طول این بعد حلقوی را مشخص می کنند. بسته به ابعاد این بعد اضافه، شاید بتوانیم در آینده آن را کشف کنیم.

اگر بیش از یک بعد اضافه داشته باشیم، همگی آنها می توانند حلقوی باشند اما وجود شکل های دیگر هم ممکن است. مثلاً دو بعد اضافه به شکل یک دونات (دو دایره مرتبط با هم) یا حتی یک کره را در نظر بگیرید.

سؤال اصلی این است که چرا بعدهای اضافه با سه بعد کنونی تفاوت اساسی دارند؟ فرض کنید بعدهای اضافه خیلی بزرگ باشند. مثلاً دایره های غول آسایی را در نظر بگیرید که اگر با فضاپیما به مدت طولانی درون یکی از آنها پرواز کنید، دوباره به جای اول خود بر می گردید. البته هنوز شواهدی برای تأیید حلقوی بودن این ابعاد در اختیار نداریم، به همین دلیل رد کردن آنها هم ممکن نیست.

واضح است که سه بعد اصلی با بعدهای اضافه تفاوت دارند و فرضیاتی هم در این زمینه وجود دارد، اما نمی توان با اطمینان در مورد آنها صحبت کرد. یکی از مشکلات جهان دوبعدی این است که حیات به شکل کنونی در آن شکل نمی گیرد. همین مسئله برای بعدهای اضافه هم وجود دارد، یعنی شاید حیاتی که ما می شناسیم فقط با یک زمان و سه بعد مکانی سازگار است.

سابین هاسنفلدر

پژوهشگر مؤسسه تحقیقات پیشرفته فرانکفورت

تعداد زیادی فیزیکدان نظری در حال حاضر وجود دارند که به محاسبات و مدلسازی در زمینه بعدهای اضافه مشغولند؛ مثلاً اینکه اگر بعد پنجم با چنین ویژگی هایی وجود داشته باشد، چه تأثیری بر تابش زمینه کیهانی (CMB) خواهد داشت. ولی به خاطر فقدان شواهد کافی و حتی دلایل محتمل، بحث در مورد بعدهای اضافه را می توان در کنار بحث راجع به تک شاخ ها قرار داد.

پیتر ویت

استاد دانشکده ریاضیات دانشگاه کلمبیا

مدل استاندارد ذرات بنیادی بر اساس نظریات هندسی بنا شده و به همین دلیل، ابعاد هندسی فراتر از چهار بعد کنونی (سه بعد مکانی بعلاوه زمان) را در نظر می گیرد. با این حال ابعاد دیگر کاملاً متفاوت عمل می کنند و قوانین کنونی فیزیک بر آنها حاکم نیست.

شون کارول

استاد دانشکده فیزیک مؤسسه فناوری کالیفرنیا