آشنايي با ابعاد ديگر جهان و توضيح فيزيكدانان در اين باره : ابديتي نهفته در هر لحظه

    فيزيكدان ها از ابتداي شكل گيري دانش فيزيك تا به امروز همواره بر اين تصور بوده اند كه زمان، يك بعدي است. اما طي يك دهه اخير همه چيز تغيير كرده است چراكه «كامران وفا» فيزيكدان مشهور ايراني دانشگاه هاروارد با ارائه نظريه يي به نام نظريه F، احتمال دوبعدي بودن زمان را مطرح كرده است. اگر چنين باشد در اين صورت زمان به جاي خطي، صفحه يي خواهد بود. به اين ترتيب نه تنها امكان سفر در زمان و رفتن به گذشته و آينده وجود خواهد داشت بلكه حتي مي توان در درون تك تك لحظه ها در جهت عمود بر سير زمان نيز حركت كرد. بنابراين شايد درون هر لحظه، ابديتي نهفته باشد.

    ساليان سال تصور فيزيكدان ها آن بود كه فضا سه بعدي است، اما از ابتداي قرن بيستم اين تصور كم كم تغيير كرد. در ابتدا اين نظريه مطرح شد كه شايد فضا چهاربعدي باشد، ولي با گذشت زمان تعداد ابعاد فضا باز هم بيشتر شد تا اينكه امروزه بهترين نظريه هاي مطرح در فيزيك، فضا را ده بعدي مي دانند. در اين تصوير، جهان ما با سه بعد فضايي، تنها يك جهان از ميان جهان هاي بي شمار شناور در پهنه كائنات است.

    اما داستان زمان كاملاً متفاوت است، چراكه از همان آغاز تاكنون، زمان در معادلات فيزيكدان ها همچنان يك بعدي باقي مانده است. در واقع در تمامي طول تاريخ علم، تصور فيزيكدان ها آن بوده كه تمامي مسائل شان با همين زمان يك بعدي قابل حل است اما احتمالاً همگي آنها در اشتباه بوده اند، چراكه تنها ظرف يك دهه اخير، همه چيز تغيير كرده است. اكنون پس از قرن ها بالاخره سر و كله يك فيزيكدان پرشهامت پيدا شد كه معتقد است با افزودن يك بعد زماني جديد به معادله هاي توصيف كننده كائنات مي توان بسياري از مسائل حل نشده فيزيك امروز را حل كرد. اين فيزيكدان جسور كسي نيست جز «كامران وفا» فيزيكدان برجسته ايراني دانشگاه هاروارد.

    البته نظريه «وفا» نيز مانند تمامي نظريه هاي بزرگ ديگر با چالش هايي روبه رو است كه بايد به آنها پاسخ داد. سوالاتي از قبيل اينكه: چرا اين بعد زماني اضافي تاكنون از نگاه تيزبين دانشمندان پنهان مانده بود؟ آيا اين بعد اضافي صرفاً يك سازوكار رياضي است يا واقعاً نشان دهنده يك بعد زماني جديد در كائنات است؟ ارتباط اين بعد زماني جديد با ادراك متعارف ما نسبت به گذشته و آينده چگونه است؟ تعامل اين بعد زماني با مساله موجبيت در فيزيك به چه صورت است؟ و سوالاتي از اين قبيل. «مايكل داف» نظريه پرداز دانشگاه تگزاس در اين باره مي گويد: «وجود بيش از يك بعد زماني در كائنات، مساله يي بسيار حيرت انگيز و گيج كننده است.»

    ايده وجود ابعاد بالاتر جهان از تلاش فيزيكدان ها براي كشف نيروي واحد و بنيادين كائنات ريشه گرفته است. از دهه 1920 ميلادي فيزيكدان ها دريافته بودند كه چنانچه فضازمان به جاي چهاربعدي، پنج بعدي باشد، مي توان نظريه يي واحد ارائه داد كه نظريه هاي الكترومغناطيس و گرانش را توامان دربر بگيرد. اين كار تا حدي شبيه آن است كه از تپه مجاور ميدان جنگ بالارفته و از ارتفاع (يعني بعد سوم)، صحنه دوبعدي جنگ را نظاره كنيم. تنها در اين صورت است كه به ارتباط پنهان موجود بين بخش هاي مختلف عمليات پي برده و درخواهيم يافت كه چگونه نيروهاي به ظاهر مختلف درگير در صحنه جنگ، همگي به صورتي واحد و منسجم عمل مي كنند.

    طي سال هاي اخير، باز هم ابعاد بيشتري وارد صحنه اين نبرد شده اند. در سال 1984 انقلاب ابرريسمان ها به وقوع پيوست. نظريه ريسمان ها تمامي جهان را متشكل از ريسمان هاي انرژي مرتعش يك بعدي مي داند كه در 9 بعد مكاني و يك بعد زماني در حال ارتعاش هستند. سپس در سال 1995، «ادوارد ويتن» از موسسه پژوهش هاي پيشرفته پرينستون امريكا و «پائول تاونسند» از دانشگاه كمبريج، بعد فضايي ديگري را نيز به نظريه ريسمان ها اضافه كرده و نظريه ديگري به نام نظريه M را ارائه كردند. اين نظريه در واقع تعميمي از نسخه هاي متفاوت نظريه ريسمان بود. اما به رغم موفقيت هاي ارزنده نظريه M، اين نظريه نيز نتوانست تفاوت هاي موجود ميان نسخه هاي مختلف نظريه هاي ريسمان را حذف كند و دقيقاً در همين جا بود كه سر و كله «كامران وفا» و نظريه اش يعني نظريه F پيدا شد: نظريه يي كه با افزودن يك بعد جديد به نظريه M، تصويري 12 بعدي از كائنات ارائه مي دهد. نظريه پردازان مشتاقانه از نظريه F استقبال كردند، چراكه اين نظريه با بعد اضافي خود، مسائل باقيمانده در نظريه M را به خوبي حل مي كند. اما از آنجايي كه بعد اضافي مطرح شده در نظريه F، نه يك بعد مكاني بلكه يك بعد زماني است، بنابراين نظريه مزبور، پيامدها و چالش هاي فلسفي عميقي را نيز با خود به ميدان آورده است. «داف» در مورد دوازدهمين بعد زمان گونه نظريه F مي گويد: «اغلب نظريه پردازان از ايده وجود بيش از يك بعد زماني در هستي چندان استقبال نمي كنند چراكه از درون چنين ايده يي، مسائل عجيب و غريب بسياري سر بر مي آورد.» علت اين امر نيز كاملاً واضح است. اگر زمان همانند يك خط راست يك بعدي باشد، در اين صورت هر لحظه زماني روي اين خط، يا قبل از يك لحظه مفروض ديگر قرار مي گيرد يا بعد از آن. به اين ترتيب، آينده و گذشته به خوبي قابل تعريف خواهند بود و هر مجموعه يي از رويدادها الزاماً توالي مشخصي خواهند داشت. اما با افزودن يك بعد زماني ديگر، خط زمان تبديل به صفحه زمان خواهد شد. اما در چنين جهاني چگونه مي توان آينده و گذشته را مشخص كرد؟ چگونه مي توان ارتباط بين رويدادهاي هستي را مشخص كرد، در حالي كه نحوه ارتباط ميان علت و معلول اساساً براي ما ناشناخته باقي مانده است؟

    همان طور كه «داف» هم مي گويد، مسائل فيزيكي موجود در جهاني با بيش از يك بعد زماني، حتي از اين هم پيچيده تر خواهند بود چراكه ابعاد زماني تفاوتي اساسي نسبت به ابعاد مكاني دارند. بعد زمان همواره به جاي علامت مثبت، با علامت منفي در معادلات ظاهر مي شود و به همين دليل هم با وارد كردن ابعاد زماني جديد به معادله ها، سر و كله انواع و اقسام پديده هاي عجيب و غريب ديگر هم به طور خود به خودي در معادلات پيدا مي شود. پديده هايي نظير امكان سفر با سرعتي فراتر از سرعت نور، فوتون هايي با جرم منفي، رويدادهايي كه مجموع احتمال وقوع تمامي حالت هاي ممكن آنها به يك نمي رسد و...

    ابزارهاي پيش پاافتاده
    «داف» اذعان مي دارد كه ممكن است رياضياتي كه ما اكنون براي توصيف جهان به كار مي بريم، براي چنين كاري بيش از حد پيش پاافتاده باشد. بنابراين شايد روش ها و رهيافت هاي موجود براي تبيين رفتار جهاني با ابعاد زماني چندگانه نيز بيش از حد ساده انگارانه باشد. اما به هر حال چون فعلاً ابزار ديگري جز همين ابزار موجود در اختيار نداريم، پس شايد ناگزير باشيم بعد زماني جديد مطرح شده در نظريه «وفا» را صرفاً به عنوان يك سازوكار رياضي صرف و نه نماينده يك هويت واقعي در نظر بگيريم. به اين ترتيب مي توان بدون درگير شدن با پيامدهاي فلسفي اين نظريه، از مزاياي رياضي آن بهره مند شد.

    در واقع بعد زماني جديد مطرح شده توسط «وفا» ويژگي هاي آنچنان اسرارآميزي به جهان مي دهد كه فيزيكدان ها را از واقعي پنداشتن آن نگران مي كند. به عنوان مثال، درحالي كه در نظريه 11 بعدي M، اصل نسبيت «اينشتين» همچنان پابرجاست، در نظريه 12 بعدي «وفا» اين اصل اعتبار خود را از دست مي دهد (براساس اصل نسبيت، قوانين فيزيك براي تمامي ناظران يكسان است). همين امر يكي از عواملي است كه فيزيكدان ها را در پذيرش بعد زماني جديد دچار ترديد مي كند. «فرانك ويلچك» از موسسه پژوهش هاي پيشرفته پرينستون مي گويد: «اين بعد جديد را نمي توان همانند يك بعد زماني معمولي در نظر گرفت.» «داف» نيز با اين مساله موافق است. او نيز در اين باره مي گويد: «اگرچه اين بعد شباهت هايي با بعد زمان دارد، اما نمي توان آن را به عنوان يك بعد زماني اضافي واقعي پذيرفت.»

    اما خود «كامران وفا» به گونه يي ديگر مي انديشد. هرچند او نيز قبول دارد كه بعد زماني اضافي از بسياري جهات به يك ابزار رياضي انتزاعي شبيه تر است تا به يك هويت فيزيكي واقعي، ولي در عين حال معتقد است چنين برداشتي در آينده نزديك تغيير خواهد كرد. «وفا» در اين باره مي گويد: «در حال حاضر شايد به نظريه F صرفاً به عنوان يك سازوكار رياضي مناسب تر براي تبيين رفتار كائنات نگاه شود، اما فراموش نكنيم كه در تاريخ فيزيك، همواره پشت سر سازوكارهاي رياضي جديد، پديده هاي فيزيكي جديدي نيز كشف شده اند.» «وفا» در اين مورد به عنوان مثال به كوارك ها اشاره مي كند. تا همين چند دهه قبل به كوارك ها صرفاً به عنوان يك سازوكار رياضي براي تبيين رفتار ذراتي نظير پروتون ها نگاه مي كردند. اما امروزه اغلب فيزيكدان ها معتقدند كوارك ها واقعاً در جهان وجود دارند. ممكن است مشابه چنين سرنوشتي در انتظار بعد زماني جديد و اسرارآميز نظريه F نيز باشد.

    اما اگر اين بعد زماني اضافي واقعاً وجود داشته باشد، پس چرا تاكنون متوجه حضور آن نشده ايم؟ يك احتمال آن است كه اين بعد زماني نيز همانند هفت بعد مكاني ناپيداي ديگر، آنچنان در خود پيچيده باشند كه به چشم ما نمي آيند. اگر چنين باشد، تنها راه براي باز كردن اين بعد زماني درهم پيچيده، متمركز كردن مقدار عظيمي از انرژي در حجمي بسيار كوچك خواهد بود: كاري كه در صورت موفقيت آميز بودن، نتايج شگرفي در پي خواهد داشت.

    «وفا» در اين باره مي گويد: «اگر بتوان اين بعد زماني اضافي را از هم باز كرد، در آن صورت اشيا ديگر آن گونه كه اكنون تصور مي كنيم در زمان حركت نخواهند كرد.» براي فهم بهتر اين مساله به اين نكته توجه داشته باشيد كه در بعد مكان مي توان توامان به جلو و عقب، بالاو پايين و چپ و راست حركت كرد و اين درحالي است كه در حالت معمول در بعد زمان تنها مي توان به سوي آينده حركت كرد. اما همان طور كه «ويلچك» هم مي گويد، چنانچه بيش از يك بعد زماني وجود داشته باشد در آن صورت حتي مي توان در درون يك لحظه نيز به مسافرتي ابدي پرداخت: سفري در امتداد عمود بر جهت سير زمان. به اين ترتيب اگر چنانچه از وقوع رويدادي ناگوار در آينده باخبر شديم، مي توان با حركت در درون يك لحظه (به جاي حركت در امتداد لحظه ها و در جهت سير زمان)، از مواجه شدن با واقعه مزبور اجتناب كرد.

    البته بايد گفت تمركز انرژي آنچنان عظيمي كه بتواند بعد زماني اضافي و درهم پيچيده نظريه F را از هم باز كند، كاري فوق العاده دشوار خواهد بود. به همين دليل هم برخي فيزيكدان ها معتقدند تنها نقاطي در جهان ما كه امكان ظهور آثار اين بعد اضافي در آنجاها وجود دارد، مركز سياهچاله ها است. در ضمن بسياري از كيهان شناسان بر اين باورند كه گذشته از جهان ما، جهان هاي بي شمار ديگري نيز در پهنه كائنات وجود دارند و هريك از اين جهان ها ممكن است تعداد ابعاد مكاني و زماني كاملاً متفاوتي نسبت به جهان ما داشته باشند. اما واقعاً زندگي در جهاني با ابعاد زماني چندگانه چگونه خواهد بود؟ «ويلچك» مي گويد: «پاسخ اين سوال بسيار حيرت انگيز است» و ادامه مي دهد: «آيا وجود چنين جهاني غيرممكن است؟ نه، فكر نمي كنم چراكه مي توان معادلات توصيف كننده چنين جهاني را نوشت. اما آيا پاسخ اين معادلات، جهاني شبيه به جهان ما خواهد بود؟ من كه بعيد مي دانم. »

نويسنده: گابريل والكر

مترجم: شهاب شعري مقدم

●www.NewScientist.com