تخيل أنك تسأل شخصًا عن عدد الأبعاد الموجودة. سيجيب معظمهم تلقائيًا: ثلاثة. لأننا نعيش في عالم ثلاثي الأبعاد حيث لكل شيء ارتفاع وعرض وعمق. ومع ذلك، الواقع يمكن يمكن أن تكون معقدة للغاية ما تسمح لنا حواسنا بإدراكه.
ماذا لو قلت، بحسب بعض العلماء، على الأقل هناك 10 أبعاد؟ أو أكثر؟ إنه أحد أكثر المواضيع إثارة للاهتمام في الفيزياء الحديثة، وتأخذنا دراسته في رحلة عبر نظريات تبدو وكأنها مستوحاة مباشرة من رواية خيال علمي. ولكن ما هي الحقيقة في كل هذا؟
الأبعاد كما نعرفها
لفهم مفهوم الأبعاد، من المفيد أن نبدأ بما نعرفه. في حياتنا اليومية، نختبر العالم ثلاثة أبعاد مكانية: الطول والعرض والارتفاع. تسمح لنا هذه الأبعاد بوصف موضع وشكل أي جسم في الفضاء. ومع ذلك، هناك أيضًا بُعد رابع نتفاعل معه باستمرار: الوقت. هو وقت إنه بعد غريب لأننا، على عكس الأبعاد المكانية، لا نستطيع التحرك فيه بحرية، ولكننا عالقون في تدفق في اتجاه واحد.
إن الجمع بين هذه الأبعاد الأربعة يخلق ما نعرفه الزمان والمكانوهو مفهوم شاعته النظرية النسبية لألبرت أينشتاين. ووفقا لهذه النظرية، الزمان والمكان ذات صلة جوهرياوهم يشكلون معًا نسيج الكون. هذه هي الطريقة التي نفهم بها كوننا من حيث الأبعاد الأربعة “الكلاسيكية”.
مفهوم الزمكان
نظرية STRING وما بعدها
ومع ذلك، فقد تحدت الفيزياء النظرية منذ فترة طويلة وجهة النظر هذه للواقع من خلال اقتراح أن هناك أبعادًا أكثر مما يمكننا إدراكه. ومن أهم النظريات في هذا المجال نظرية الأوتار. تنص هذه النظرية على أن الجسيمات الأساسية للكون ليست نقاطًا فردية، بل هي عبارة عن سلاسل من الاهتزازات الصغيرة. لكي تعمل رياضيات نظرية الأوتار، هناك حاجة إلى أبعاد إضافية، على الأقل عشرة أبعاد فضاء.
ووفقا لنظرية الأوتار، سبعة من هذه الأبعاد الإضافية “طوى“إنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكننا إدراكها بشكل مباشر. إنها تبدو مثل ورقة، عند النظر إليها من مسافة بعيدة، كخط (أحادي البعد)، ولكن عند النظر إليها عن كثب، فإن طبيعتها الحقيقية ثنائية الأبعاد متشابهة، هذه قد توجد أبعاد إضافية. مخفية عن أعيننا بسبب حجمها الصغير.
قد تبدو فكرة الأبعاد الإضافية صعبة التصور، لكنها ليست بعيدة عن التصور تماما. استخدمه بريان جرين، عالم الفيزياء النظرية الشهير تشبيه الكابل لتوضيح هذه النقطة. من مسافة بعيدة، يبدو كابل الهاتف وكأنه خط أحادي البعد، ولكن إذا اقتربنا منه بما فيه الكفاية، نلاحظ أنه كائن ثلاثي الأبعاد. الأبعاد الإضافية التي تقترحها نظرية الأوتار يمكن أن تكون مخفية بالمثل، ولكنها مرئية فقط على نطاق صغير جداً.
ووفقا لنظرية الأوتار، سبعة من هذه الأبعاد الإضافية “طوى“صغيرة جدًا بحيث لا يمكننا الشعور بها بشكل مباشر.
لغز البعد الخامس
نظرية الأوتار وحدها لا تشير إلى وجود أبعاد إضافية. نظرية مإن امتداد نظرية الأوتار يعني وجودها أحد عشر أبعادا. لكن الأمر لا ينتهي عند هذا الحد. الإصدارات المتقدمة الأخرى مثل نظرية الأوتار البوسونيةتشير إلى أن الكون قد يصل إلى 26 أبعاد. على الرغم من أن هذه الأفكار لا تزال تأملية، إلا أنها مدعومة بالرياضيات المعقدة التي تحاول توحيد ميكانيكا الكم والنسبية العامة.
ومع ذلك، فإن أحد أكبر التحديات التي تواجه الفيزياء جاذبية. على عكس القوى الأساسية الأخرى، الجاذبية ضعيف جداوقد جعل العلماء يتساءلون عما إذا كانت الأبعاد الإضافية يمكن أن تفسر هذا الاختلاف. تشير بعض النظريات إلى أنه يمكن أن ينتشر عن طريق الجاذبية هذه الأبعاد الإضافيةوهذا ما يفسر ضعفها مقارنة بالقوى الأخرى مثل القوة الكهرومغناطيسية.
في عام 1999، اقترح الفيزيائيان ليزا راندال ورامان ساندروم نموذجًا الجاذبية تضعف يتجاوز البعد الخامس. في هذا النموذج، كوننا عبارة عن “غشاء” في فضاء خماسي الأبعاد، يتوسع إلى مساحة أكبر تسمى “الجزء الأكبر” من الجاذبية. ورغم صعوبة اختبار هذه الفكرة تجريبيا، إلا أنها تفتح الباب ليس فقط على وجود أبعاد إضافية، بل على الاحتمالات أيضا كما أنها تؤثر على الظواهر الفيزيائية يمكن ملاحظتها.
هو مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، أكبر معجل للجسيمات في العالم، هو أحد الأدوات الرئيسية التي يستخدمها العلماء لاستكشاف إمكانية وجود أبعاد إضافية. ومن خلال تصادم البروتونات بسرعات قريبة من سرعة الضوء، يأمل العلماء في مراقبة جسيمات مثل الجرافيتونات. الأدلة غير المباشرة وجود هذه الأبعاد. ومع ذلك، لم يتم العثور على دليل ملموس حتى الآن، لكن التحقيق مستمر.
