آیا بُعد پنجم وجود دارد؟ نظریه دانشمندان چیست؟

جهان دارای چند بعد است؟ آیا بُعد پنجم و یا بُعدهای بیشتری در جهان وجود دارد که تا به امروز قادر به تشخیص و دیدن آن‌ها نبوده‌ایم؟ این‌ها سوالاتی که هنوز دانشمندان جوان قطعی و قانع کننده‌ای برای آت پیدا نکرده‌اند اما تئوری‌های بسیاری پیرامون این موضوع وجود دارد. به همین جهت در این مقاله سعی داریم تا با برخی از این تئوری ها بیشتر آشنا شویم اگر شما هم علاقمندید تا اطلاعات بیشتری در این خصوص کسب کنید با آراد مگ همراه باشید.

ابعاد جهان

جهانی را تصور کنید که می‌توانید تنها در یک خط به جلو یا عقب حرکت کنید. جز نقاطی در مقابل شما و نقاطی در پشت سر، چیزی نمی‌بینید، یعنی جهانی تک‌بعدی. حالا همین را به بُعد دوم گسترش بدهید، می‌توانید به جلو یا عقب حرکت کنید و همچنین به چپ یا راست بروید، جهان را به‌صورت خطوطی مسطح که در کنار یکدیگر در حال عبور هستند می‌توانید تجربه کنید. اما شما در این جهان، نمی‌توانید چیزی را سوراخ کنید هرچند می‌توانید به دو نیم تقسیمش کنید. بُعد سوم را اضافه کنید، عمق پدیدار می‌شود، اشیا شکل قابل‌مشاهده پیدا می‌کنند و می‌توانند در کنار یکدیگر حرکت کنند، و تبدیل به جهان غنی امروز ما می‌شود. بُعد چهارمی نیز وجود دارد، یعنی زمان، که از طریق آن ما می‌توانیم حرکت رو به جلو را تجربه کنیم.

چه اتفاقی می‌افتد اگر بُعد پنجمی وجود داشته باشد که اشیا بتوانند حرکت کنند؟ چه شکلی است؟ آیا جایی وجود دارد و توسط ذهن چهار بُعدی ما ناشناخته مانده است؟ یا چه می‌شود که دنیا ۱۱ بُعد پنهان داشته باشد که برخی از آن‌ها پیچیده باشند و فقط کوچک‌ترین واحدهای جِرم می‌توانند آن‌ها را تجربه کنند؟

مثل هرکسی که واحد درس فیزیک را پاس کرده یا (مواد مخدر مصرف کرده است)، ما هم در این فکر هستیم که آیا بُعد پنجم می‌تواند در جایی از جهان وجود داشته باشد، و اگر وجود دارد چه شکلی است. ما دست به دامان فیزیکدان‌ها و ریاضیدان‌ها شدیم تا در درک این موضوع به ما کمک کنند و مشخص شد که پیرامون این سؤال، اختلاف‌نظرهای بسیاری وجود دارد.

جونا کرون

محقق پسا دکترا در گروه تحقیقاتی تئوری TRIUMF ، ونکوور بی سی ، کانادا

وجود بُعد پنجم، احتمالی جذاب است که ممکن است ذاتاً  درک شود یا نشود. به‌طور اخص، بُعدی اضافی است که مانند فضا عمل می‌کند (به جای شباهت به زمان) اما به جای داشتن ویژگی‌های بی‌نهایت که در بسیاری از تئوری‌های ذرات فیزیک آمده، متراکم است. این بُعد اضافی شاید بتواند برای مثال ویژگی‌های ذراتی که ما در تجارب خود آن‌ها را مشاهده می‌کنیم را برای ما شرح بدهد. حتی ممکن است وجود دیگر ذرات را پیش‌بینی کند، یا نحوه رفتار جاذبه را شرح دهد.

به هر حال بُعد پنجم چه وجود داشته باشد و چه وجود نداشته باشد، می‌تواند ابزار ریاضی مفیدی را تهیه کند. بُعد پنجم به ما اجازه محاسبه چیزهایی را می‌دهد که در حالت بُعد چهارم بسیار سخت‌تر محاسبه می‌شوند. شاید هیچ وقت مستقیماً نتوانیم بُعد پنجم را ببینیم اما به این معنی نیست که نتوانیم شواهد قانع کننده‌ای بیابیم. به طور مثال هیچ‌کس یک کوارک مجزا را را شناسایی نکرده است اما مدل کوارک در تشریح ویژگی‌های بزرگ‌تر، ترکیب ذرات (هادرون‌ها) نقش باورنکردنی‌ای دارد. به همین دلیل، دانشمندان موافقت کرده‌اند که کوارک‌ها، اساس ذرات هستند. به همین ترتیب، اگر شواهد کافی جمع‌آوری کنیم که تئوری‌های بُعد پنجم قابلیت اجرا دارند – شرح وجود داده و پیش‌بینی موفقیت‌آمیز – انگیزه بسیار خوبی برای اثبات وجود بُعد پنجم می‌تواند باشد.

نظریه ریسمان، نظریه‌ای ثابت است حتی اگر به جای بُعد پنجم، بُعدهای دیگری مثل ششم، هفتم، هشتم، نهم و دهم داشته باشیم. 

تیم ریس

فیزیک‌دان موسسه فیزیک تئوری دانشگاه تکنولوژی وین

من تئوریسین نظریه ریسمان هستم و در تلاش برای ترکیب نظریه نسبیت عام انیشتین با ماشین‌های کوانتومی هستم. نظریه ریسمان، نظریه‌ای ثابت است حتی اگر به جای بُعد پنجم، بُعدهای دیگری مثل ششم، هفتم، هشتم، نهم و دهم داشته باشیم. درصورتی‌که ابعاد اضافی نداشته باشید نمی‌توانید به لحاظ تئوری، تئوری‌ای منسجم برای شرح جهان طرح کنید.

ابعاد اضافی چه شکلی‌اند؟ از آن جایی که نمی‌توانیم آن‌ها را ببینیم، پس آن‌ها باید خیلی کوچک باشند. مثال قدیمی همین مسئله نِی است. اگر از دور به آن نگاه کنیم مانند یکشی یک بُعدی می‌ماند اما اگر از نزدیک به آن بنگریم بُعد دومی دارد که دایره است. پس بُعد پنجم که می‌تواند هر جایی در فضا باشد، باید دایره‌ای بسیار کوچک باشد. از آن جایی که بسیار کوچک است پس نمی‌توانیم ببینیمش. روش‌های استادانه‌تری نیز هستند که به‌صورت تجربی به جست‌وجوی ابعاد اضافی، بدون نیاز به نور و میکروسکوپ می‌پردازند. همه آن‌ها در یک چیز مشترک هستند و آن این است که محدود به قسمت بالای این بُعد اضافی مدور هستند. پس بر اساس میزان کوچک بودن یا بزرگ بودن این بُعد اضافی، می‌توانیم در آینده‌ای نزدیک کشفش کنیم، شاید هم هرگز نتوانیم.

اگر بیش از یک بعد اضافه داشته باشیم

اگر بیشتر از یک بُعد اضافی داشته باشیم به عنوان یک قاعده کلی، همه آن‌ها می‌توانند دایره باشند. همچنین می‌توانند اشکال پیچیده‌تری داشته باشند. به طور مثال دو بُعد اضافی می‌توانند شکل یک دونات را به خود بگیرند ( اساساً دو دایره است) یا می‌توانند کروی باشند.

سؤال اصلی‌ای که مطرح می‌شود این است که اگر ۲ یا چند بُعد اضافی وجود دارد پس چرا از سه بُعد فضایی‌ای که ما به آن‌ها عادت داریم تا این اندازه متفاوت‌اند. این‌ها (سه بٌعد فضایی) دایره‌های کوچک نیستند بلکه بسیار بزرگ‌اند. می‌توانند دایره‌های عظیمی باشند و احتمالش هست که اگر بخواهید با سفینه فضایی از آن‌ها عبور کنید زمان بسیاری صرف می‌شود تا دوباره به زمین برگردید. هیچ مدرکی در ارتباط با دوار بودن این سه بُعد نداریم اما در عین حال ردش هم نمی‌توانیم بکنیم. قطعاً سه بُعد ما با ابعاد اضافی کوچک بسیار متفاوت‌اند، حدس و گمان‌هایی در ارتباط با دلیل آن وجود دارد اما هیچ بخشی از این مسئله به درستی درک نشده است.

به طور مثال یک مشکلی که با داشتن فقط دو بُعد بزرگ وجود دارد (چپ-راست و بالا-پایین اما بدون جهت‌های عقب و جلو) این است که زندگی آن‌گونه که ما می‌شناسیم نمی‌تواند در این حالت وجود داشته باشد. مشکلات مشابهی نیز در ارتباط با ابعاد فضایی بزرگ هم می‌تواند وجود داشته باشد و یا می‌تواند وجود نداشته باشد. پس زندگی آن‌گونه که می‌شناسیم می‌تواند وجود داشته باشد آن هم به لطف زمان و سه‌بُعد فضایی بزرگ (اما باز هم همین بسیار دور از درک است).

در نبود هرگونه مدرکی، یا حتی دلیل مناسبی برای اثبات وجود ابعاد، شما ممکن است حتی در مورد تاپاله‌های رنگین‌کمانی اسب تک‌شاخ هم بحث کنید.

سابین هاسنفلدر

عضو پژوهشی موسسه مطالعات پیشرفته فرانکفورت

ما هیچ مدرکی از وجود بُعد پنجمِ فضا نداریم. فیزیکدان‌ها مطمئناً ایده‌هایی که ممکن است بٌعد پنجم باشند را دنبال می‌کنند (یا بیشتر از پنج بُعد) اما از آنجایی که هیچ مدرکی در این مورد نداریم، آن‌ها همیشه به دنبال ایده‌ها می‌روند با این بهانه که به چه علت بُعد (یا ابعاد) جدیدِ آن‌ها را ندیده‌اند. معمولاً دلیلش این است که ما ابعاد تازه را در فاصله‌های کوتاه‌تر یا بلندتر از آن چیزی که تا به الآن اندازه‌گیری کردیم می‌بینیم. در حال حاضر تعداد زیادی فیزیکدان تئوریسین هستند که محاسبات تازه‌ای از جزییاتِ مدل‌هایی که همراه با ابعاد اضافی هستند فراهم می‌کنند. همان‌طوری که گفته شد اگر بُعد پنجمی با این ویژگی‌های خاص باشد چه کاری با این بک‌گراند ماکرویو (ریزموج) کیهانی می‌خواهد بکند. در نبود هرگونه مدرکی، یا حتی دلیل مناسبی برای اثبات وجود ابعاد، شما ممکن است حتی در مورد تاپاله‌های رنگین‌کمانی اسب تک‌شاخ هم بحث کنید.

پیتر وویت

مدرس ارشد دپارتمان ریاضی دانشگاه کلمبیا

راه‌های بسیاری برای اضافه کردن بُعد پنجم وجود دارد، تنها مشکلی که وجود دارد این است که اگر مانند چهار بُعد دیگر چیزی وجود داشته باشد هیچ‌گونه مدرک تجربی و آزمایشی برای آن وجود ندارد و هیچ‌گونه تئوری مناسبی که بتوان بُعد پنجم پنهان را به روش قابل قبولی شرح دهد وجود ندارد. مدل استاندارد ذرات اصلی، یک تئوری هندسی است و متعاقباً ابعاد هندسی فراتر از چهار بُعد فضایی-زمانی هستند. اما این ابعاد درونی کاملاً متفاوت رفتار می‌کنند و از قوانین فیزیک که حاکم بر فضا و زمان هستند پیروی نمی‌کنند.

اگر ابعاد اضافی وجود دارند، به گونه‌ای از چشم ما پنهان مانده‌اند.

شان کارول

مدرس ارشد دپارتمان فیزیک کالیفرنیا، موسسه تکنولوژی

هیچ ایده‌ای نداریم که بُعد پنجم (یا ششم، هفتم و …) وجود دارد یا نه. احتمال وجودش توسط برخی تئوری‌های امیدوارکننده مانند تئوری ریسمان مطرح شده است اما هیچ مدرک آزمون گرایانه‌ ای از آن هنوز وجود ندارد. اگر ابعاد اضافی وجود دارند، به گونه‌ای از چشم ما پنهان مانده‌اند. دلیلش می‌تواند این باشد که آن‌ها در یک گرهک (گره کوچک) پیچیده شده‌اند یا به این خاطر که ذرات و نیروهایی که ما را ساخته‌اند محدود به شاخه سه بُعدی درون یک فضای بزرگ‌تر هستند. فیزیکدان‌ها به طور فعال در جست‌وجوی تمامی احتمالات گوناگون هستند.