چند بعد وجود دارد؟

چند بعد وجود دارد؟

جهان قابل مشاهده چهار بعد دارد. ما در یک جهان چهار بعدی زندگی می‌کنیم که توسط سه بعد فضایی و یک بعد زمانی تعریف شده است.

به عبارت دیگر، برای مشخص‌کردن موقعیت فیزیکی شما در هر لحظه، فقط به سه عدد نیاز است. روی کره زمین، این مختصات به طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و ارتفاع تجزیه می‌شوند که نمایانگر ابعاد طول، عرض و ارتفاع (یا عمق) هستند. یک مُهر زمانی (timestamp) هم به این مختصات اضافه کنید، و شما در زمان نیز مشخص خواهید شد.

سه بعد سنتی

دنیای یک‌بعدی مانند یک مهره تکی روی یک نخ مُدرّج خواهد بود. شما می‌توانید مهره را به جلو و عقب بلغزانید، اما فقط به یک عدد نیاز دارید تا موقعیت دقیق آن را روی نخ مشخص کنید: مهره کجاست؟ مثلاً در علامت ۶ اینچی (۱۵ سانتی‌متری) است.

خب، بیایید به یک دنیای دو بعدی ارتقا پیدا کنیم. این دنیا اساساً یک نقشه مسطح، مانند زمین بازی در بازی‌هایی مثل ناو جنگی (Battleship) یا شطرنج است. برای تعیین مکان، فقط به طول و عرض نیاز دارید. در بازی ناو جنگی، تنها کافی است بگویید “E5” و می‌دانید که این مکان محل تلاقی خط افقی “E” و خط عمودی “۵” است.

حالا یک بعد دیگر اضافه کنیم. دنیای ما ارتفاع (عمق) را نیز در معادله دخیل می‌کند. در حالی که تعیین موقعیت دقیق یک زیردریایی در بازی ناو جنگی تنها به دو عدد نیاز دارد، یک زیردریایی واقعی به یک مختصات سوم برای عمق نیز نیاز دارد. مطمئناً، ممکن است زیردریایی در سطح آب در حال حرکت باشد، یا ممکن است در عمق 244 متری زیر امواج پنهان شده باشد.

فیزیک نظری و ابعاد دیگر

آیا ممکن است بعد فضایی چهارمی وجود داشته باشد؟ خب، این سوال پیچیده‌ای است، زیرا ما در حال حاضر نمی‌توانیم هیچ چیزی فراتر از ابعاد طول، عرض و ارتفاع را درک یا اندازه‌گیری کنیم. درست همانطور که برای تعیین دقیق یک مکان در یک دنیای سه بعدی به سه عدد نیاز است، یک دنیای چهار بعدی به چهار عدد نیاز خواهد داشت.

در همین لحظه، احتمالاً شما در یک طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و ارتفاع خاص قرار دارید. کمی به سمت چپ خود قدم بزنید، طول جغرافیایی یا عرض جغرافیایی یا هر دوی آن‌ها را تغییر خواهید داد. در همان نقطه دقیق روی یک صندلی بایستید، ارتفاع خود را تغییر خواهید داد.

اینجاست که کار سخت می‌شود: آیا می‌توانید از مکان فعلی خود حرکت کنید بدون اینکه طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی یا ارتفاع خود را تغییر دهید؟ نمی‌توانید، زیرا یک بعد فضایی چهارم برای حرکت از طریق آن وجود ندارد.

اما این واقعیت که ما نمی‌توانیم از طریق یک بعد فضایی چهارم حرکت کنیم یا آن را درک کنیم، لزوماً وجود آن را رد نمی‌کند. در سال 1919، ریاضیدان، تئودور کالوزا (Theodor Kaluza)، استدلال نظری آورد که یک بعد فضایی چهارم ممکن است نسبیت عام و نظریه الکترومغناطیس را به هم پیوند دهد (منبع: Groleau).

اما کجاست؟ فیزیکدان نظری، اسکار کلاین (Oskar Klein)، بعداً این نظریه را بازبینی کرد و پیشنهاد داد که بعد چهارم صرفاً خیلی کوچک و مثل یک جسم لوله‌شده در اندازه نقطه است (curled up)، ولی سه بعد فضایی دیگر گسترده هستند.

به عبارت دیگر، بعد چهارم وجود دارد، فقط لوله‌شده و نامرئی، کمی شبیه به یک متر نواری کاملاً جمع‌شده، است. علاوه بر این، این بدان معناست که هر نقطه در دنیای سه بعدی ما یک بعد فضایی چهارم اضافی دارد که در داخل آن پیچیده شده است. (لوله شده است).

نظریه ریسمان: یک چارچوب نظری برای ابعاد دیگر

با این حال، نظریه‌پردازان ریسمان برای توانمندسازی نظریه‌های ابرریسمان خود در مورد کیهان، به دیدگاهی کمی پیچیده‌تر نیاز دارند. در واقع، ساده بگوییم آن‌ها مدعی 10 یا 11 بعد، از جمله زمان، هستند.

اجازه ندهید این موضوع ذهنتان را منفجر کند. یک راه برای تصور این موضوع این است که تصور کنیم هر نقطه از دنیای سه‌بعدی ما شامل یک متر نواری جمع شده نیست، بلکه یک شکل هندسی شش بعدی لوله‌شده است. یک مثال، شکل کالابی-یائو (Calabi-Yau shape) است (شکل‌های زیر را ببینید).

به آن به این صورت فکر کنید: یک دیوار بتنی از دور محکم و استوار به نظر می‌رسد. با این حال، به آن نزدیک‌تر شوید، فرورفتگی‌ها و سوراخ‌هایی را خواهید دید که سطح آن را مشخص می‌کنند. حتی نزدیک‌تر شوید، خواهید دید که از مولکول‌ها و اتم‌ها ساخته شده است.

یا یک کابل را در نظر بگیرید: از دور به نظر می‌رسد یک رشته ضخیم است. درست کنار آن بروید، خواهید دید که از رشته‌های بی‌شماری بافته شده است. همیشه پیچیدگی بیشتری، از آنچه به نظر می‌رسد وجود دارد، و این پیچیدگی پنهان ممکن است تمام آن ابعاد کوچک و در‌هم‌پیچیده را پنهان کند.

با این حال، ما فقط می‌توانیم از سه بعد فضایی و یک بعد زمان خود مطمئن باشیم. اگر ابعاد دیگری در انتظار ما باشند، فراتر از درک محدود ما هستند – البته فعلاً.