ماذا يعني إذا كان للكون أبعاد إضافية؟

في واحدة من أكثر المقابلات التي لا تنسى في مسيرتي المهنية حتى الآن، كنت على مكتبي، ورأسي بين يدي، أتحدث عبر الهاتف إلى عالم فيزياء حول الأبعاد الإضافية. كنت أحاول أن أفهم ما يعنيه أن يكون البعد بأكمله صغيرًا. وبعد عدة دقائق من التردد ذهابًا وإيابًا، قلت: “ليست صغيرة مثل حبة الفول، أليس كذلك؟”، بينما حجبت ذهنيًا ضحكة زميلي الذي كان يجلس قبالتي. الجواب؟ حسنًا، الأمر معقد.

نحن نستحضر الأبعاد “الإضافية” في الفيزياء مع بعض الانتظام، ولكن نادرًا ما نتحدث عما يعنيه ذلك فعليًا. غالبًا ما تلعب هذه الأفكار دورًا عندما يتم ذكر نظرية الأوتار، وهي مجموعة جذرية من الأفكار التي تشير إلى أن كل شيء مصنوع من أوتار صغيرة بشكل لا يصدق. وعندما تهتز هذه الأوتار، فإنها تنتج تأثيرات نفسرها على أنها ذرات وإلكترونات وكواركات. أميل إلى أن أكون حذرًا بعض الشيء بشأن نظرية الأوتار، ويرجع ذلك في الغالب إلى أن الأفكار الموجودة فيها تتراوح من الصعب إلى المستحيل اختبارها عمليًا، وهو ما يجعلني أتوقف. ويعتمد على أبعاد إضافية لإخفاء تلك الأوتار الملتفة عن أعيننا، وهو أمر يصعب استيعابه.

بالتأكيد، هناك تفسير أو تفسيران معروفان، مثل التفسير الساخر الأرض المسطحة رواية قصيرة من عام 1884 (كتبها إدوين أبوت تحت الاسم المستعار “A Square”) ومقاطع الفيديو التعليمية الممتعة للغاية المبنية عليها. هذه عبارة عن استعارات واستعارات إلى حد كبير – ومع ذلك، فهي توفر طريقة لفهم ما قد تشعر به عند مواجهة بُعد آخر من منظور معتاد على العيش مع أربعة أشخاص، حتى لو لم تكن تتعلق حقًا بالأبعاد الإضافية في حد ذاتها. في أغلب الأحيان، عندما نتعمق في ما قد يعنيه وجود أبعاد إضافية، يكون هناك الكثير من التلويح بالأيدي، وربما القليل من الارتباك، ثم نمضي قدمًا.

لكن الأبعاد الإضافية، إذا كانت حقيقية، يمكن أن تحل بشكل مشروع بعض المشاكل الكبرى في الفيزياء وعلم الكونيات، لذا فإن الأمر يستحق محاولة فهمها. والمثال الكلاسيكي لإحدى هذه المشاكل هو الجاذبية، وهي أضعف بكثير من أي من القوى الأساسية الأخرى. نحن لا نعرف سبب ذلك، وقد اقترح أن بعض الجاذبية قد تتسرب إلى أبعاد إضافية، مما يضعف آثارها في كوننا الذي يمكن إدراكه. وفي الآونة الأخيرة، تم اقتراح شيء مماثل لشرح القياسات الجديدة للطاقة المظلمة التي تشير إلى أنها قد تضعف بمرور الوقت. إذا كانت هناك أبعاد إضافية تتغير في الحجم بمرور الوقت، فسينتقل ذلك إلى الأبعاد التي نعرفها ونختبرها – ثلاثة أبعاد للمكان وواحد للزمن – مما يغير توازن الطاقة في الكون.

بالإضافة إلى ذلك، حتى لو كانت هناك بعض الأسئلة في ذهني حول ما إذا كان من المحتمل وجود أبعاد إضافية، فإن الفكرة مثيرة للاهتمام.

ربما يكون النوع الأكثر سهولة في فهم البعد الإضافي هو النوع المستخدم فيه الأرض المسطحةقصة عن الأشكال الهندسية التي تعيش في عالم ثنائي الأبعاد. إنهم يسكنون لوحًا مسطحًا ويتحركون حوله مثل كرات الصولجان التي تنزلق على الجليد. ومن منظورهم المسطح، الذين ينظرون إلى حافة شكلهم، فإنهم يرون كل الأشكال الأخرى على أنها مجرد خط.

لكن نوعًا ما من رعب لافكرافت ذي الأبعاد الإضافية والذي له ثلاثة أبعاد (على سبيل المثال، الإنسان) يمكنه مشاهدتها من أعلى أو أسفل – ليس فقط لرؤية أنها في الواقع أشكال وليست خطوطًا، ولكن أيضًا لرؤية أي أحشاء تكمن بداخلها. عندما تعيش في عالم ثلاثي الأبعاد، يمكنك انتزاع أحد الأشكال من مستواه وقلبه على جانبه؛ الأشكال الأخرى لا تزال موجودة الأرض المسطحة سوف ترى فقط مقطعًا عرضيًا غريبًا من داخلها يتقاطع مع مستواها بدلاً من الخط الثابت لحافتها.

إذا قمت باستقراء ذلك في العالم الحقيقي، بأبعاده الثلاثة للمكان وأبعاده الزمنية، فإن الرعب ذو الأبعاد الأعلى سيكون قادرًا على رؤية ما بداخلك وربما حتى انتشالك من الزمكان المألوف لديك إلى بُعده. إذا حدث ذلك، فإن أولئك الذين تركونا خلفنا سيرون مقطعًا عرضيًا متغيرًا لشكلك الحقيقي الخماسي الأبعاد أثناء تحرك جسدك.

أحد المتغيرات حول هذا النوع من البعد الإضافي هو فرضية العالم الغشائي، وهي فكرة أن كوننا هو الحافة – الغشاء – لكون ذي أبعاد أعلى. تم اقتراح هذه الفكرة لأول مرة في عام 1999، ثم عادت من الغموض النسبي في السنوات القليلة الماضية باعتبارها واحدة من الطرق القليلة المعقولة لصراع واقعنا في قيود نظرية الأوتار.

في إحدى نسخ هذه الفكرة، يكون الغشاء الذي يقيد كوننا هو الحافة بين الفضاء ذي الأبعاد الأعلى – الذي يسمى الفضاء الفائق – ولا شيء. وهذا من شأنه أن يضعنا على حافة الفراغ الكوني. ومن الملائم أن يُطلق على هذا اسم غشاء نهاية العالم. ستكون الجسيمات الأساسية التي نعرفها هي نهايات الأوتار الخماسية الأبعاد التي تعيش في الفضاء الفائق، لكننا لن نتمكن أبدًا من رؤية السلسلة بأكملها، تمامًا مثل المثلث في الأرض المسطحة لن نتمكن أبدًا من رؤية أي شكل أكثر تعقيدًا من الخط.

يقودنا هذا إلى خمسة أبعاد، ولكن من الممكن أن يكون هناك أكثر من ذلك بكثير، ولن يكون من الضروري أن تكون جميعها متوسعة مثل أبعاد العالم الدماغي. في الواقع، من الممكن ألا تكون شبيهة بالفضاء؛ تخيل أن الزمن يمكن أن يتحرك جانبيًا، وليس فقط للأمام والخلف. (دعونا لا ندخل في تفاصيل ذلك.) ويمكن أن تكون بعض الأبعاد صغيرة مثل حبة الفول – أو حتى أصغر من ذلك بكثير.

يمكنك التفكير في الأبعاد كمجموعة من دمى الماتريوشكا الزجاجية، كل واحدة منها تتداخل داخل الدمى الأكبر حجمًا، حيث يمكنك فقط الوصول إلى الدمية التي تمثل عدد الأبعاد التي تسكنها – أربعة على الأرجح – وتلك الموجودة بداخلها. أبعاد حبة الهلام – تلك التي ستكون صغيرة ماديًا، وليست صغيرة من حيث كونها ذات أبعاد أقل – تشبه الفقاعات في الزجاج. قد تبدو مختلفة تمامًا، ولكن، تمامًا مثل إحدى دمى الماتريوشكا، تحتوي إحدى هذه الفقاعات على مساحة. إنها مجرد مساحة صغيرة، مثل نوع من عالم الجيب.

هل يمكنك الدخول إلى عالم الجيب هذا؟ ليس إلا إذا كنت صغيرًا مثل حبة الفول، أو صغيرًا مثل الفوتون، حيث يُعتقد أن هذه الأبعاد ضئيلة للغاية. والسبب في ذلك هو أننا لم نر أيًا منها، ولو كانت كبيرة، لكان من الأسهل اكتشافها. ولكن لن يكون من المستحيل تماما اكتشاف البعد الصغير. فكر في تسليط الضوء من خلال دمى الماتريوشكا الزجاجية. أي فقاعات من شأنها أن تخلق تشوهات وانعكاسات في الضوء. البعد الإضافي الفعلي سيفعل شيئًا مشابهًا.

لذا، لنفترض أن موجة الجاذبية ستنتقل عبر إحدى تلك الفقاعات الموجودة في عالمنا. سيظهر بشكل مشوه قليلاً، وباستخدام كاشف قوي بما فيه الكفاية، يمكننا قياس هذا التشوه. هناك طرق أخرى للبحث أيضًا، تتضمن تأثيرات كمية صغيرة وجسيمات غريبة نعتقد أنه لا يمكن إنتاجها إلا في أبعاد إضافية.

يبحث الباحثون في أجهزة كشف موجات الجاذبية ومصادمات الجسيمات وحتى التلسكوبات العادية عن هذه التلميحات الدقيقة، لكن لم يتم العثور على أي منها حتى الآن. ومع ذلك، فإن حقيقة أنه من الممكن البحث عن أبعاد إضافية قد تضعف بياني السابق بأن نظرية الأوتار لا تميل إلى تقديم تنبؤات قابلة للاختبار. إذا انتهى بنا الأمر إلى العثور عليها، فقد يمثل ذلك تحولًا جذريًا في آرائي حول نظرية الأوتار – وبالطبع في فهمنا للكون بشكل عام.