كم عدد الأبعاد وفقا للفيزياء ونظرية الأوتار؟

في هذا المقال، وضعنا لأنفسنا التحدي المتمثل في استكشاف الكون خارج الأبعاد الأربعة المعروفة.

استكشاف الكون الذي نعيش فيه يجعلنا نتساءل هيكلها الفعلي. للوهلة الأولى، نتحرك في ثلاثة أبعاد مكانية: الطول والعرض والارتفاع، وكذلك تجربة تدفق الوقت. ومع ذلك، فإن الفيزياء الحديثة، وبشكل أكثر تحديدًا نظرية الأوتار، تتحدىنا للنظر فيها إمكانية أبعاد أعلى والتي يمكن أن نشعر بها في حياتنا اليومية.

النظرة الكلاسيكية: الأبعاد الأربعة

تقليديا، وصفت الفيزياء الكون أربعة أبعاد أساسية: ثلاثة مكانية (الطول والعرض والارتفاع) وواحد زماني (الزمن). ويتكامل هذا التفسير مع النظرية النسبية العامة البرت اينشتاين، فهو يربط المكان والزمان في مادة تسمى الزمكان. وفي هذا الإطار، تعمل قوانين الفيزياء بطرق مألوفة لدينا. لكن حتى أينشتاين أدرك أن الكون قد يكون أكثر تعقيدًا مما كان عليه المعادلات الموصى بها في البداية.

ما وراء الكلاسيكية: نظرية الأوتار والأبعاد الإضافية

تظهر نظرية الأوتار كاحتمال “نظرية كل شيء” البحث عن دمج جميع القوى الأساسية للكون في إطار نظري واحد. على عكس فيزياء الجسيمات التي تصف الكون من حيث النقاط التي لا أبعاد لها، تقترح نظرية الأوتار أن العناصر الأساسية للكون وهي عبارة عن أوتار تهتز أحادية البعد.

لكي تنجح معادلات نظرية الأوتار وتصف الكون بكل تعقيداته، وجد علماء الفيزياء النظرية الحاجة إلى دمج أبعاد إضافية. وفقا لنظرية الأوتار الأكثر قبولا على نطاق واسع، يتكون الكون من عشرة أبعاد: تسعة مكانية وواحدة زمانية. البديل الأكثر طموحًا المعروف باسم توفر نظرية M إجمالي أحد عشر بعدًا.

المعادلات الرياضية المتقدمة هي الأساس الذي يسمح لنظرية الأوتار بتقديم رؤية موحدة جديدة للقوى الأساسية للكون.

أين تلك الأبعاد الإضافية؟

والسؤال المباشر هو، إذا كانت هذه الأبعاد الإضافية موجودة، لماذا لا نشعر بهم؟ هذا هو الجواب الذي يقترحه علماء الفيزياء النظرية يتم “تقليص” هذه الأبعاد أو لفها إلى أحجام صغيرة بشكل لا يصدق، خصوصا في مقياس بلانك (حوالي واحد على عشرة آلاف من التريليون من المتر، أو من الناحية الفنية، مرفوعاً إلى قوة عشرة ناقص خمسة وثلاثين متراً). هذه الفكرة ليست جديدة وقديمة أعمال كالوزا وكلاين في القرن العشرين، الذي اقترح أن الأبعاد الإضافية يمكن أن تلتف بشكل لا يمكن اكتشافه تقريبًا.

تعدد الأكوان في نظرية الأوتار

التحدي المثير للاهتمام الناشئ عن نظرية الأوتار هو التوازن عدد كبير من الطرق لهذه الأبعاد الإضافية يمكن طيها، والمعروفة باسم “مشعب كالابي ياو”. كل تكوين لهذه الأبعاد المضغوطة يمكن أن يخلق كونًا بقوانين فيزيائية فريدة. يقدم هذا المفهوم مفهوم “الطبوغرافيا” في نظرية الأوتار، يقترح عددًا من الاحتمالات النظرية كوننا هو واحد من الإنجازات التي لا تعد ولا تحصى.

ونحن ندخل العالم الرائع فيزياء متقدمة, من المهم أن نفهم كيف تتشابك الأفكار المجردة داخل الستار الكبير للمعرفة العلمية. إن نظرية الأوتار، بوصفها السهل وأمثلتها التوضيحية، لا تقترح وجود كون ذي أبعاد إضافية فحسب، بل تفتح الباب أيضًا لفهم ظواهر أكثر غموضًا مثل الثقوب الدودية. وتشير النظرية إلى أن هذه الأنفاق الكونية يمكنها ربط نقاط مختلفة في الزمكان، مما يوفر وجهة نظر مرتبطة مباشرة بنظرية النسبية لأينشتاين. هذه العلاقة بين نظرية الأوتار، والثقوب الدودية، والنسبية تؤكد حقيقة أساسية: الفيزياء عبارة عن شبكة من الأفكار المترابطة. إن فهم مفهوم واحد غالبًا ما ينير الآخرين. وهكذا، من خلال التفكير في عدد الأبعاد الموجودة وفقًا للفيزياء ونظرية الأوتار، فإننا لا نوسع فهمنا للكون فحسب، بل نوسع أيضًا فهمنا للكون. ونحن ندرك مدى تعقيد وجمال القوانين التي تحكمها.

لقد مهد أينشتاين الطريق بنظريته النسبية، وتوسعت نظرية الأوتار فيها، حاكة الجاذبية والكم في فهم أعمق لنسيج الكون.

لكل هذا، سؤال كم عدد الأبعاد هناك وفقاً للفيزياء ونظرية الأوتار، فإن ذلك يقودنا إلى التفكير إمكانية وجود عالم أكثر تعقيدا ورائعة ما تخبرنا به تجربتنا المباشرة. إن الأبعاد الإضافية التي تقترحها نظرية الأوتار ليست أساسية فحسب يدمج قوى الطبيعة في إطار نظري، ولكنها أيضًا توسع فهمنا للواقع. على الرغم من أننا مازلنا بعيدين عن إثبات وجودها تجريبيا الأبعاد الخفية، ويستمر السعي لفهمها مع التقدم في الفيزياء النظرية، فتح الأبواب أمام أسرار وعجائب الكون الجديدة نحن نعيش فيه.