بعد پنجم فضازمان و ماهیتابه نچسب!

بعد پنجم فضازمان و ماهیتابه نچسب!
مسعود ناصری

شناخت انسان از ساختار و عملکرد جهان فیزیکی اطرافش ناشی از تعبیر و تفسیر مغز وی از سیگنال های رسیده از پنج حس او می باشد. بر پایه این تعبیر و تفسیرهای وی در طول تکامل چند میلیون ساله است که بشر فضازمان (جهان) را 4 بعدی درک کرده است که 3 بعد آن فضا (طول، عرض و ارتفاع) و یک بعدش زمان می باشد.

از کجا معلوم که ابعاد دیگری هم در کار نباشند که به خاطر محدودیت مغز (و یا پنج حس مان) عاجز از درک آنها می باشیم؟ واقعیت این است که حتی اگر چنان باشد، بطور مستقیم قابل درک و لمس ما نیست. اصلا شاید از خود بپرسیم که حتی اگر فرض کنیم که فضازمان دارای ابعاد اضافی هست، وقتی بود و نبودشان برایمان قابل لمس نیست و ظاهرا چیزی را هم در زندگی مان تغییر نمی دهد چرا باید نگران این باشیم که فضازمان 4 بعدی است یا بیشتر؟

در سلسله مقالاتی که در این قسمت از وبسایت ارائه می شوند بر آنیم که حد اقل از نظر تئوریک هم که شده نشان دهیم ابعاد فضازمان بیش از 4 هست و استدلال کنیم که شناخت این ابعاد اضافی می تواند تصویر درست تری از "واقعیت" جهانی را که در آن به سر می بریم برایمان فراهم سازد و لذا تعریف مناسبی از "بودن" را ارائه کند. در این راستا، بحث هایی متنوع و با دیدگاه های مختلف ارائه خواهیم کرد.

در همین ابتدای بحث باید بگوییم که مشابه همین مغزی که سیگنال های رسیده از حواس پنجگانه مان را تعبیر و تفسیر می کند در حیوانات هم وجود دارد و تقریبا همان کار را می کند لیکن تفاوت عمده ای بین ساختارهای مغز انسان و حیوانات دیگر هست که امکان درک پدیده ها و واقعیاتی را به انسان می دهد که حیوانات فاقد آن هستند. این توانایی ویژه مغز انسان به قدرت تجسم و استدلال مربوط می شود که وی را به دانش ریاضی و هنر مجهز می کند و وی را متمایز از دیگر حیوانات می سازد. در مقاله دیگری نشان خواهیم داد که هنر نقش اصلی را در تکامل مغز و در نتیجه قدرت استدلال بشر داشته است و ریاضی و هنر ارتباط تنگاتنگی باهم دارد و به عنوان مثال در دانشکده های خوب ریاضی دنیا امکان گردآوری یک گروه ارکستر از میان اعضای هیئت علمی همان دانشکده زیاد است که این خود بیانگر این واقعیت هست که اکثر ریاضیدان های خوب اهل موسیقی نیز هستند و اکثر دانشمندان سرشناس با نواختن یک وسیله موسیقی یا مثلا نقاشی آشنا هستند. در هر حال، به کمک همین ریاضی و هنر است که انسان توانسته است با همین مغز نسبتا ابتدایی (از نظر تکاملی) وارد قلمروی شود که بتواند وجود ابعاد اضافه بر 4 را مطرح کند و در نهایت بودن آنها را از لحاظ تئوریک تایید کند.

طبیعی هست که بپرسیم آیا آنچه ریاضی می گوید را باید چشم و گوش بسته قبول کرد؟ هرچند پاسخ این سؤال را بعدا در مقالات دیگری در ارتباط با بنیادهای ریاضی مورد بحث قرار خواهیم داد ولی با توجه به اینکه ریشه تمام دست آوردهای حداقل مهندسی و تکنولوژیکی بشر همین ریاضیات بوده است باید یک مقدار خیالمان را راحت کند و اینکه می شود به ریاضی اعتماد کرد ولی اینکه ریاضی علم دقیقی هست یا تقریب جای بحث زیاد دارد که نشان خواهیم داد. فعلا برای یک بحث مقدماتی در این مورد و آشنایی با نظر من در نارسایی ریاضیات می توانید به صفحه من در همین سایت مراجعه کنید.
گفتنی است که امروزه موضوع واقعی بودن ابعاد اضافی فضازمان بسیار جدی گرفته می شود و موجب شده است که دید عده زیادی از فیزیکدان ها در مورد جهان کاملا دگرگون شده باشد. نکته مهم اینست که هیچیک از تئوری های مهم فیزیک (از جمله نسبیت و کوانتوم) تناقضی با فضازمان 4 بعدی یا بیشتر ندارند و هیچ کجا اعلام نشده است که ابعاد فضازمان باید محدود به 4 باشد و همین خود دلیل و انگیزه مهمی است که منطقا نخواهیم (و نتوانیم) به سادگی وجود ابعادی علاوه بر 4 را انکار کنیم.

می دانیم که هر یک از 4 بعد آشنای فضازمان (که برای انسان قابل لمس هستند) بسیار بزرگ می باشد. مثلا اگر این ابعاد را نسبت به خودمان در همین نقطه و لحظه در نظر بگیریم، در امتداد روبرو و پشت سر، راست و چپ، بالا و پایین (یعنی 3 جهت فضایی طول، عرض و ارتفاع) تا بی نهایت ادامه دارند. البته، بعد چهارم که زمان باشد هرچند از نظر ماهیت متفاوت از 3 بعد فضا می باشد لیکن تا آنجایی که به اندازه آن مربوط می شود بسیار بزرگ است و حتی اگر به آغازی به نام بیگ بنگ اعتقاد داشته باشیم حدود 15 بیلیون سال در جهت "گذشته" و ظاهرا تا بی نهایت در "آینده" (به فرض آنکه مانند دایره روی خود خم نشده باشد) گسترش دارد.

بطور خلاصه، هر 4 بعد فضازمان که برای انسان قابل درک و تجربه هستند بسیار بزرگ می باشند. باید دید که اندازه ابعاد اضافی (به فرض وجود) چقدر است؟ بی نهایت بزرگ، یا بزرگ، یا کوچک در حد میلیمتر و یا فوق العاده کوچک در مقیاس اتمی؟ مورد دیگری که کنجکاوی مان را تحریک می کند اینست که تا وقتی جرم (جسم) بزرگی وجود نداشته باشد که تحت تاثیر جاذبه آن فضازمان 4 بعدی انحنا یابد، هر یک از 4 بعد صاف و بدون انحنا خواهند بود. آیا ابعاد اضافی هم مثلا در غیاب جاذبه یا سه نیروی دیگر طبیعت صاف باقی می مانند یا ذاتا انحنا دارند؟ و اگر منحنی هستند، آیا فقط پیچ و خم دارند یا مثلا مشابه دم عقرب خم می شوند و روی خود برمی گردند؟

توجه داشته باشیم که برای موجوداتی فرضی 2 بعدی (مثلا موجوداتی که محدود به سطح کاغذ هستند و برایشان بعد سوم فضا یعنی ارتفاع قابل لمس نیست)، اندازه بعد سوم چه یک میلیمتر باشد و چه چند کلیومتر، چه صاف باشد و چه منحنی، هیچ تفاوتی ندارد. به عنوان مثال، اگر یک پشه وارد دنیای این موجودات 2 بعدی شود (یعنی بر روی سطح 2 بعدی دنیای آنها قرار گیرد)، آنها فقط متوجه حضور چند نقطه (محل تماس پاهای پشه با سطح) خواهند شد و هرگز نخواهند فهمید که همه این نقاط مربوط به یک موجود 3 بعدی است.

فیل اندر خانه ی تاریک بود                        عرضه را آورده بودندش هنود
از برای دیدنش مردم بسی                       اندر آن ظلمت همی شد هر کسی
دیدنش با چشم چون ممکن نبود               اندر آن تاریکی اش کف می بسود
آن یکی را کف به خرطوم اوفتاد                  گفت همچون ناودانست این نهاد
آن یکی را دست بر گوشش رسید              آن بر او چون بادبیزن شد پدید
آن یکی را کف چو بر پایش بسود               گفت شکل پیل دیدم چون عمود
آن یکی بر پشت او بنهاد دست                 گفت خود این پیل چون تختی بدست
همچنین هر یک به جزوی که رسید            فهم آن می کرد هرجا می شنید
از نظرگه گفتشان شد مختلف                   آن یکی دالش لقب داد این الف
در کف هر کس اگر شمعی بدی                 اختلاف از گفتشان بیرون شدی
چشم حس همچون کف دستست و بس    نیست کف را بر همه او دسترس

به همین ترتیب اگر ما یا کهکشان راه شیری هم بالای سر این موجودات 2 بعدی با فاصله ای در حد یک اتم قرار بگیریم و یا پرنده ای بر بالای دنیای شان پرواز کند، از نظر آنها غیر قابل درک خواهد بود. بنابراین، اندازه بعد سوم چه بزرگ باشد و چه کوچک، چه انحنا داشته باشد و چه صاف، از نظر آنها بی معنی است. با تعمیم این دیدگاه (البته فرض می کنیم که مجاز به چنان تعمیمی هستیم) به دنیای خودمان، می توان گفت که بعد پنجم فضازمان (یا بعد چهارم فضا) چه بزرگ باشد چه کوچک و چه صاف باشد و چه منحنی مستقیما قابل حس برای ما نخواهد بود.

هرچند که تصور و درک ابعاد اضافی برایمان بسیار مشکل است لیکن مطالعات تئوریک به ویژه در دو دهه اخیر نه تنها دلالت بر احتمال واقعی بودن آنها دارد بلکه تحقیقات به خصوص تیم های دانشگاه MIT و Harvard نشان می دهد که با جدی گرفتن این ابعاد خواهیم توانست بسیاری از ندانسته ها و معماهای جهان را که فیزیک مبتنی بر فرمالیسم فضازمان 4 بعدی ناتوان از پاسخگویی به آنهاست پاسخ دهیم. مطالعات اخیر که پاره ای از آنها آزمایشگاهی هست، نشان می دهند که بسیاری از ندانسته هایی که فیزیک ذرات بنیادی (البته اگر بشود آنها را ذرات بنیادی نامید) با آن گریبانگیر است می تواند ناشی از چشم پوشی از ابعاد اضافی باشد. به عنوان مثال، ملاحظه می شود که روابط غیرقابل توضیح و توجیه بین خصوصیات کوانتومی ذرات بنیادی و نیز چهار نیروی طبیعت (جاذبه، الکترومغناطیس، هسته ای قوی و هسته ای ضعیف) در فضازمان 4 بعدی را می توان در فضازمان 5 بعدی (که فضای آن 4 بعد دارد) به زیبایی توضیح داد. همین نکته دست آورد عظیمی است که ما را به جدی گرفتن ابعاد اضافی فضازمان تشویق می کند.

در سلسله مقالاتی که به دنبال این مقدمه خواهیم آورد نشان داده خواهد شد که هر قدر بیشتر در مورد خصوصیات و تبعات ابعاد اضافی بدانیم باورمان به وجود آنها بیشتر می شود. در ادامه مقالات به جایی خواهیم رسید که دیگر مشکل چندانی در واقعی دانستن آنها نداشته باشیم و احتمالا آن زمان دیگر خیلی سختمان خواهد شد که خود را به فضازمان 4 بعدی که الان به آن عادت داریم محدود کنیم. هر قدر جلوتر برویم خواهیم دید که نه تنها دلایل منطقی برای انکار ابعاد اضافی نادرتر می شوند بلکه کم کم معماهای موجود در مورد ساختار فضازمان و جهان فیزیکی پاسخ لازم خود را می یابند. آنگاه اگر بنا باشد که بین باور به "فضازمان 4 بعدی با معماهای بی پاسخ" و "فضازمان بیش از 4 بعد ولی بدون معما" یکی را انتخاب کنیم، گزیدن دومی چندان مشکل نخواهد بود.

اولین پرسش بجا و معقولی که به ذهن خطور می کند این است که حال که مشابه موجودات 2 بعدی که عالم 3 بعدی را درک نمی کنند ولی مثلا اثر پای پشه را متوجه می شوند، آیا برای ما موجودات 3 بعدی هیچ امکان مشاهده چیزی یا اثری از بعد چهارم فضا هست؟ خوشبختانه پاسخ به این سؤال مثبت است و چندان هم دور از ما نیست و تنها کافیست به آشپزخانه برویم. اثر موجودی 5 بعدی را می توانیم در پوشش نچسب ته ماهیتابه یا قابلمه ببینیم!

این پوشش های نچسب از شبه کریستال ها (quasicrystals) تشکیل می شوند. اگر با میکروسکوپ به این پوشش بر سطح قابلمه نگاه شود ساختار این شبه کریستال ها را که نقش زیبایی مانند کاشی کاری های سنتی مان می سازد را مشاهده خواهیم دید که در شکل (1) نشان داده شده است:

شکل (1): طرح کاشی پنروز (Penrose Tile)

کریستال ها شبکه بسیار منظم و متقارنی از اتم ها و مولکول ها می باشند که در ساختار آنها الگوی (pattern) خاصی تکرار می شود. علم کریستال شناسی به مطالعه ساختار 3 بعدی کریستال ها می پردازد و امروزه نه تنها انواع ساختار و الگوهای تکرار شونده آنها تعریف و شناسایی شده اند بلکه این علم می تواند پیش بینی کند که چه الگوهایی ممکن و یا ناممکن می باشند (به عبارت دیگر، چه کریستالی می تواند یا نمی تواند وجود داشته باشد).

حال، در شبه کریستالهایی نظیر آنچه در شکل (1) نشان داده شده است ترتیب قرار گرفتن اتم ها و مولکول ها به گونه ای هست که با هیچ یک از الگوهای شناخته شده کریستالی مطابقت ندارد. ملاحظه می شود که فاقد آن نظم و تقارن دقیقی است که کریستال ها دارند.

اینجا لازم است که مقداری به حاشیه برویم تا درک مطلبی که به دنبال می آید راحت کنیم. مکعبی را در نظر بگیرید که وسط اتاق معلق می باشد و نوری از بالا بر آن می تابد. شکل سایه این مکعب بر کف اتاق بستگی به نحوه قرار گرفتن آن نسبت به منبع نور و کف اتاق دارد. مثلا اگر مکعب طوری قرار بگیرد که صفحات بالا و پایین آن موازی با کف اتفاق باشند، سایه آن بر کف اتاق به شکل یک مربع خواهد بود. و اگر طوری قرار گیرد که دو گوشه روبروی مکعب در امتداد منبع نور قرار داشته باشند (منبع نور و دو گوشه روبروی مکعب هر سه در امنداد یک خط راست باشند)، سایه ایجاد شده به شکل یک لوزی خواهد بود. منهای این دو حالت خاص در بقیه حالت ها سایه به شکل یک شش ضلعی مانند آنچه در شکل (2) دیده می شود خواهد بود که بسته به وضعیت مکعب، اضلاع این شش ضلعی می توانند مساوی یا نامساوی باشند. آشکار است که نظم و تقارن یک شش ضلعی که همه اضلاع آن با هم مساوی هستند نسبت به نظم و تقارن همان شش ضلعی ولی با اضلاع نامساوی بیشتر است. طبق تعریف، مکعب موجودی 3 بعدی بسیار منظم و متقارن است لیکن سایه (یا تصویر) آن بر کف اتفاق می تواند موجودی باشد 2 بعدی ولی نه چندان متقارن و منظم.

شکل (2): تصویر 2-بعدی نه خیلی متقارن یک موجود 3-بعدی متقارن و منظم

برگردیم به بحث خودمان در شبه کریستالهای ماده نجسب قابلمه. مقایسه ای بین سایه دو بعدی نه چندان متقارن مکعبی که کاملا متقارن است با طرح نشان داده شده در شکل (1)، شاید بتوان گفت که این طرح ممکن است سایه (یا تصویر) نه چندان متقارن یک کریستال چهار بعدی کاملا متقارن باشد. به عبارت دیگر، از کجا معلوم که کریستالهای 4 بعدی هم (در فضازمان 5 بعدی) وجود دارند که طبق تعریفی که از کریستال داریم دارای ساختاری کاملا متقارن با الگوی تکرار شونده در 4 بعد هستند ولی چون ما تنها قادر به درک 3 بعد (در فضازمان 4 بعدی) جهان هستیم وقتی با این کریستال ها برخورد می کنیم تنها سایه (تصویر) آنها را در 3 بعد درک می کنیم و لذا آنچه را که ما شبه کریستال می نامیم همین کریستال های 4 بعدی هستند که ما تنها 3 بعد آنها را می بینیم و مشابه سایه مکعب که می تواند نامتقارن باشد این شبه کریستالها هم نامتقارن دیده می شوند که الگوی تکرار شونده نه چندان دقیقی دارند.

خیر خوش این است که این توجیه کاملا مورد قبول قرار گرفته است به طوری که متخصصین کریستال شناسی با مطالعات ریاضی و تئوریک نشان داده اند که طرحی از نوع آنچه در شکل (1) دیده می شود تنها وقتی می تواند واقعیت داشته باشد که مربوط به کریستالی 4 بعدی (در فضازمان 5 بعدی) باشند. این اولین مورد مشاهده ای اثبات وجود بعد چهارم فضا می باشد و دلیل نچسب بودن قابلمه با اینگونه پوشش هم ناشی از همین واقعیت است که ساختار مولکولی غذای 3 بعدی با ساختار 4 بعدی ماده نچسب ناسازگار است.

همین بحث هرچند ساده تایید می کند که فضا دارای حد اقل یک بعد اضافی دیگر هست و حد اقل چهار بعدی است. به عبارت دیگر، فضازمان حد اقل 5 بعدی است. در ادامه بحث بیشتر با این بعد پنجم و اثرات آن بر فیزیک و بیولوژی آشنا خواهیم شد و گل خواهیم برافراشت و طرحی نو از جهان و انسان در خواهیم انداخت.

بیا تا گل برافشانیم و می در ساغر اندازیم
فلک را سقب بشکافیم و طرحی نو در اندازیم
شراب ارغوانی را گلاب اندر قدح ریزیم
نسیم عطر گردان را شکر در مجمر اندازیم

بعد پنجم فضازمان و ماهیتابه نچسب!

مطالب مشابه :

دستگاه رمزیاب چیست ؟

عملکرد دستگاههای اینجنیکو

بانکداری الکترونیکی در بانک صادرات ایران

عملکرد دستگاه اینجنیکو

دانلود گزارش کارآموزی عملیات بانکی در بانک صادرات شعبه گلشهر کرج

تسهیلات و شرایط سال 1392

PC POS چیست؟

راهنمایی عضویت

بعد پنجم فضازمان و ماهیتابه نچسب!