جدید ترین عناوین خبری امروز
Registering new users is currently not allowed.

چرا جهان ما ۴ بعدی است؟

در دهه ۱۹۸۰ ، فیزیکدان‌ها از اتحاد بین چهار نیروی طبیعت در قالب یک نیروی واحد ناامید شده بودند. تلاش اولیه ایشان ابرگرانش (supergravity) نامیده شد، که به دلیل ناسازگاری‌های متعدد و پیش‌بینی‌های تأیید نشده، این ایده دور انداخته شد. نظریه‌ی دیگری که در آن زمان جوانه زد، نظریه ریسمان بود.

نظریه ریسمان در دهه ۱۹۷۰ متولد شد، اما تا ۱۹۸۰ بطور گسترده نادیده گرفته شد. اما در دهه ۸۰ محبوبیت نظریه ریسمان احیاء شد و فیزیکدان‌ها شروع به مطالعه جدی آن کردند. نظریه ریسمان همچنان به عنوان یکی از بهترین حدس‌های ما در درک کامل عالم باقی مانده است. طبق این نظریه، جهان به صورت ۲۶ بعدی وجود دارد! در نتیجه این بسیار عجیب است که چرا فقط ۴ بعد آن برای آشکار شده است- سه بعد جابجاپذیر فضایی و یک بعد زمانی که در قرن اخیر کشف شد.

بی‌معنا بودن این امر که چرا ۴ بعد جهان برای ما قابل درک است، فیلسوفان و فیزیکدانان را همواره آزار داده است. آن‌ها بسیار کنجکاوند تا واقعیت را همان‌گونه که هست بپذیرند بدون هرگونه شک و تردیدی؛ آن‌ها می‌خواهند بدانند که چرا واقعیت این‌گونه است که هست.

چگالی انرژی آزاد هلمهولتز

وقتی از فاصله بسیار دور نگاه کنیم، ابعاد فضایی وجود ندارند. ابعاد، زمانی پدیدار می‌شوند که از فاصله بسیار نزدیکی نظاره گر باشیم. از یک فاصله نسبتا دور، یک برگه کاغذ به نظر جسم نقطه‌ای می‌رسد، اما نزدیک‌تر که بیاییم به صورت یک خط یک بعدی ظاهر می‌شود. اگر نزدیک‌تر بیاییم یک سطح می‌بینیم که دو بعدی است و اگر خیلی نزدیک‌تر شویم متوجه بعد سوم یعنی ضخامت یا عمق کاغذ می‌شویم.

اما تصور کردن بعد چهارم دشوارتر است. در اصل، این را درک می‌کنیم که ابعاد بالاتر زمانی پدیدار می‌شوند که عمیق و عمیق‌تر شویم. مانند یک پیاز، ابعاد بالاتر در لایه‌های متعدد پیچیده شده‌اند. فرضیه این است که تمام ابعاد به یکباره لحظه‌ای پس از بیگ بنگ ظاهر شده‌اند، اما به دلیلی، کیهان تصمیم گرفته است که تنها چهار بعد را باز و مشخص کند. فیزیکدان‌ها تصور می‌کنند که دیگر ابعاد درون فضایی به وسعت یک میلیون میلیون میلیون میلیون میلیونم اینچ ، خمیده و پیچیده شده‌اند.

پس چرا فقط چهار بعد؟ خب، یک نظریه این است که دیگر ابعاد فضایی توسط قانون دوم ترمودینامیک که یک قانون بنیادی جهان است از باز شدن و گسترده شدن منع شده‌اند. طبق این نظریه، جهان تازه متولد شده با تابش و چگالی انرژی آزاد هلمهولتز که کمیتی ترمودینامیکی است که فشار را بر فضا وارد می‌کند اشباع شده بود.

فقط چند ثانیه پس از بیگ بنگ، جهان به طور آنی سرد شد، و چگالی هلمهولتز بیشینه مقدار خود را بدست آورد و جهان بلافاصله منجمد شد. در این مرحله، جهان که پیش از آن در هر بعدی وجود داشت، تنها به چهار بعد محدود شد. تنها راه آن‌که کیهان ابعاد دیگرش نیز گسترش و قابل مشاهده شود این است که به یک دمای بحرانی برسد، یک دمای جهنمی که مطمئنا لحظه‌ای پس از ایجاد جهان غالب شده است.

این حالت مشابه گذار فازهای آب است. تنها راهی که یک قطعه یخ بتواند به صورت آب مایع گذار کند زمانی است که تحت گرما قرار گیرد. در حالی که این نظریه به تازگی مطرح شده است، اما اصلی به نام اصل انسان‌محوری (انتروپیک) وجود دارد که همواره چنین معماهای پیچیده‌ای را به آن ربط می‌دهیم.

اصل انسان محوری (Anthropic Principle)

طبق اصل انتروپیک، اگر جهان به هر شکل متفاوتی غیر از چیزی که اکنون هست می‌بود، گونه‌های هوشمندی که درباره ساختار ظریف آن سؤال کنند وجود نمی‌داشتند.

قانون دوم ترمودینامیک در اصل توضیح می‌دهد که چرا زمان فقط در یک راستا جریان دارد، یعنی رو به جلو. این قانون پیش‌بینی می‌کند که جهت پیکان زمان در جهان ما در راستایی هم جهت با افزایش بی‌نظمی در عالم است. اما، این استدلال ناکامل است. یک بحث قانع کننده زمانی قابل درک است که وقتی قانون دوم ترمودینامیک را با اصل انتروپیک ادغام کنیم.

ما زمان را در راستای افزایش بی نظمی اندازه می‌گیریم چرا که در یک فاز انبساطی عالم زندگی می‌کنیم، فازی که حیات هوشمند را ترجیح داده است. در فاز انقباضی عالم این ممکن نیست، همان‌گونه که حیات هوشمندی که قادر به سنجش زمان است نیز در فاز انقباضی نمی‌تواند وجود داشته باشد.

همچنان که انتروپی افزایش می‌یابد و زمان نیز رو به جلو می‌رود چرا که کیهان در فاز انبساط است. ما در کیهان فقط چهار بعد را تجربه می‌کنیم چرا که فقط در این ابعاد است که حیات هوشمند می‌تواند آغاز شود و پایدار بماند.

اگر جهان دو بعدی بود، ارگانیزم‌ها قادر به حرکت حول یکدیگر نبودند. ارگانیزم‌ها نیزا دارند تا از ارگانیزم دیگری بالا بروند یا زیر آن بروند. روش ذاتی که غذا بلعیده و تجزیه می‌شود یا خون در سراسر بدن جریان می‌یابد در بدن‌های دو بعدی ممکن نیست. ما، موجودات هوشمند که می‌پرسیم که چرا جهان چهار بعدی است، اگر این‌گونه نبود ما نبودیم که این را بپرسیم.

در واقع اگر جهان این‌گونه نبود، خود زیست‌شناسی، حتی گونه‌های ساده‌تر نیز نابود می‌شد،چرا که زمین قادر به چرخش حول خورشید نبود. شدت نیروی گرانش وقتی فاصله اجسام دو برابر شود به اندازه ۴ برابر کاهش می‌یابد، اما در پنج بعد، پنج برابر کاهش و در شش بعد، شش برابر کاهش می‌یابد. در یک جهان ابعاد بالاتر، زمین نمی‌تواند مدار پایداری حول خورشید داشته باشد و در نتیجه یخ می‌زند.

شاید انقباض گرانشی و انبساط گازی که خورشید را تشکیل داد در ابعاد بالاتر به شکل متفاوتی رخ دهد. شاید خورشید پیش از موعد به صورت سیاه‌چاله رمبش نماید. در ابعاد بالاتر حتی اتم‌ها، نمی‌توانند جمع شوند مولکولی پیچیده‌تری ایجاد کنند که حیات پیچیده را بسازند.

منبع: Science ABC

به اشتراک بگذارید
برچسب ها:
دیدگاه ها 0

دیدگاه بگذارید

avatar
  Subscribe  
Notify of
رفتن به نوارابزار