قرار ملاقات در ابعاد بالاتر فضازمان!
آلیس و باب در یک شرکت حقوقی در نیویورک همکار هستند. همچنین عاشق یکدیگر نیز هستند. آنها در هتلی مشهور در منهتن قرار ملاقاتی میگذارند. در حالیکه کنار دستگاه زیراکس ایستادهاند، آلیس زیر لب نجوا میکند: «آن هتل در تقاطع خیابان ۵۸ام و بزرگراه ۱۲ام واقع شده است. من داخل آسانسور در طبقهی ۸ام تو را میبینم.» باب لبخند به لب سر تکان میدهد.
آلیس مکان ملاقاتشان را با تعیین ۳ عدد مشخص کرده است: ۵۸، ۱۲ و ۸. به طریقی دیگر، (اگر این دو عاشق جغرافیدان بودند) آلیس میتوانست از عرض جغرافیایی، طول جغرافیایی و ارتفاع استفاده کند. نکته اینجاست که با این سه عدد ما میتوانیم به صورت یکتا هر نقطهای در فضا را بیابیم و به همین دلیل میگوییم فضا سه بعدی است.
در حالی که باب روی خود را برمیگرداند، متوجه میشود که چیزی جا مانده است: «چه ساعتی آلیس؟»
آلیس جواب میدهد: « امشب ساعت ۷»
با اضافه کردن عدد چهارم (۷) قرار ملاقات باب و آلیس یک رویداد برنامهریزی شده در فضا و زمان است که فیزیکدانان به آن «فضازمان» میگویند.
به عقیدهی فیزیکدانان، فضازمان ۴ بعد دارد. اما همچون بسیاری مسائل دیگر در فیزیک، این موضوع نیز به سادگی آنچه به نظر میرسد نیست. طبیعت سهبعدی فضا به قدری واضح و قابل درک است که بیشتر مردم و دانشمندان مدام به آن فکر میکنند.
اما در سال ۱۹۲۱، ریاضیدانی آلمانی به نام تئودور کالوزا بیان کرد که «شهودِ ما» گمراهمان کرده است. او گفت که فضا در واقع چهار بعد دارد و بنابراین فضازمان به جای چهار بعد، پنجبعدیست! او با کشف یک حقیقت ریاضی هیجانانگیز، هنگام ور رفتن با مهمترین بخش فیزیک آن زمان، یعنی نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتن، به این نتیجهی عجیب رسید.
کالوزا، معادلات نظریهی انیشتین را که برای کاربرد در فضازمان چهاربعدیِ آشنا، فرمولبندی شده بود، گرفته و آنها را برای استفاده در فضازمانِ پنجبعدی، بازنویسی کرده بود. چرا؟ این از آن کارهایی است که ریاضیدانان انجام میدهند. اما نتایج به دست آمده حیرتانگیز بود. از منظر چهار بعد معمولی، معادلات کالوزا، به نظریهی انیشتن کاهش مییافت، اما با مجموعهای از عبارتهای اضافی (توصیف کنندهی بعد اضافی).
در کمال شگفتی این عبارات کاملاً با توصیف الکترومغناطیسی که جیمز کلارک ماکسول چند دهه پیشتر منتشر کرده بود، مطابقت داشت. با اضافه کردن یک بُعد اضافی از فضا، به نظر میرسد کالوزا تصادفاً گرانش و الکترومغناطیس، دو نیروی بنیادی طبیعت، را متحد کرده بود.
تنها یک مشکل در این نظریهی پنج بعدی وجود داشت: بعد اضافی کجاست؟ ما آن را نمیبینیم. چگونه چیزی چنین اساسی را متوجه نشدهایم؟ چند سال بعد، فیزیکدان سوئدی، اسکار کلاین، به جوابی رسید. کلاین اندیشید شاید به این دلیل به بعد چهارم فضا توجه نمیکنیم که در اندازهای بسیار ریز پیچیده شده است.
برای درک این عبارت، تصویر یک «نِی» را از پهلو و از مسافتی نسبتاً دور تصور کنید. این تصویر شبیه خط یک بعدی به نظر میرسد. تنها با بررسی از نزدیک متوجه میشویم که آن خط در واقع یک لوله است. هر نقطهی معین روی «خط» در واقع دایرهی کوچکی است که قسمتی از لوله را تشکیل میدهد. کلاین با اضافه کردن یک بعد چهارم، که بسیار ریزتر از آن است که دیده شود یا حتی در آزمایشها آشکار شود، ادعا کرد جایی که بُعد اضافی کالوزا پنهان شده است، همان جایی است که ما معمولاً آن را نقاط بدون بعد در فضا تصور میکنیم که در واقع دایرههای بسیار کوچکی هستند.
نظریههای کالوزا و کلاین تا چند دهه به عنوان یک ماجراجویی ریاضی تلقی میشدند، اما در دههی ۱۹۷۰، برخی فیزیکدانان کنجکاو شدند که آیا ایدهی آنها میتواند از گرانش و الکترومغناطیس فراتر رود و دو نیروی دیگر طبیعت را نیز شامل شود: نیروهای هستهای قوی و ضعیف. یقیناً میتواند، هرچند برای اتحاد این نیروهای پیچیدهتر، باید نهتنها «یک»، بلکه «شش بُعد اضافی» بیفزاییم، ۱۰ بعد فضایی، و اگر زمان را نیز به حساب آوریم، در کل ۱۱ بعد.
درست مشابه پیشنهاد اولیهی کلاین، ابعاد اضافی میتوانستند در اندازههای بسیار کوچک -بسیار کوچکتر از هستهی یک اتم- در هم پیچیده شوند. برخلاف یک تکبعد اضافی، که تنها میتواند درون یک دایره فشرده شود، حال انتخابهایی وجود دارد: برای مثال، دو بعد میتواند درون یک کره یا یک چنبره (دوناتی شکل) فشرده شود. برای شش بعد، تعداد ترکیبات افزایش مییابد. روش خاص فشرده شدن ابعاد، بر ویژگیهای نیروهای مختلف تأثیر میگذارد.
ایدهی اصلی ابعاد پنهان، در میان نظریهپردازان «تئوری ریسمان» مورد استقبال قرار گرفته است. نظریهی ریسمان ادعا میکند میتوان تمام نیروها و ذرات طبیعت را به شکل حلقههای کوچک ریسمان توصیف کرد که در فضازمان با ابعاد بالاتر، با ۱۱ بعد فضازمانی ارتعاش میکنند. نظریهی ریسمان در حال حاضر پیشتاز «نظریهی وحدت» در فیزیک بنیادی است.
پذیرفتن اینکه فضازمان بیش از چهار بعد دارد، به عنوان مدلی برای فضای واقعی، زمان زیادی طول کشید، اما امروزه به عنوان گزینهی پیشفرض در نظر گرفته میشود. اگر این ایده صحیح باشد، آنگاه فشردهسازی نهتنها برای فیزیک که برای عاشقان نیز حیاتی است. بیشتر این ابعاد خیلی ریز پیچیده شدهاند و نباید در زندگی روزمرهمان از این بابت نگران باشیم. بنابراین برای گذاشتن قرار ملاقات، تنها میبایست ۴ بُعد را به یاد بیاوریم، نه ۱۱ بُعد یا بیشتر!
