چرا فضا سه‌بُعدی است؟
وبسایت منتشر کننده: وبسایت علمی بیگ بنگ
مترجم: منصور نقی‌لو
منبع: ScienceAlert
بیگ بنگ: شاید هیچگاه این مسئله به ذهنتان خطور نکرده باشد که چرا جهان فقط سه بعد فضایی دارد، اما این سوال از خیلی وقت پیش فیزیکدانان را به چالشی جدی کشیده است. ایدهای که فیزیک ذرات را با چیزی به نام «نظریه گره» ترکیب میکند نه تنها میتواند توضیحی قابل قبول عرضه کند، بلکه بینش ما را نسبت به عواملی که جهان چند لحظه پس از پیدایش آنها را تجربه کرد، گسترش بدهد. حجمهای ساکن فضا که دارای سه درجه آزادی به نامهای عرض، عمق و طول هستند، به نظر خیلی اساسی میرسند، اما تصور جهانی به صورت دیگر خیلی دشوار است.
به گزارش بیگ بنگ، مکعبی چهاربعدی را به عنوان یک جسم واقعی فرض کنید و حالا سریع احساس خواهید کرد که مغرتان الگویی را دنبال میکند. ما نمیتوانیم این احتمال را رد کنیم که ابعاد دیگری از فضا وجود دارد اما به سادگی نمیتوانیم آنها را تجربه کنیم. مدلهایی مثل نظریه ریسمان راه را برای وجود نه بعد و حتی بیشتر باز میکنند. اما تا زمانی که شواهدی قوی از وجود آن ابعاد پیدا نکنیم، باید توجه خود را معطوف مقیاسی بزرگ از انسانها، سیارهها و کهکشانها کنیم.
تیمی بینالمللی از فیزیکدانان به دنبال دلایل پیرامون این تعداد جادویی بوده و در حال یافتن راهحلی قوی در مدلی موسوم به تورم گره هستند. محققان با یک اصول مشخصی به نام “لولههای شار” کار تحقیقی خود را آغاز کردند. این اصل ریشه در مدل سازی الکترومغناطیس جیمز کلارک ماکسول در قرن نوزدهم میلادی دارد. لولههای شار (جریان) کمابیش راهی برای توصیف کانالهای خطوط نیروی فرضی تولید شده در اثر مغناطیس هستند. ما با بارهای الکتریکی مثبت و منفی و قطبهای شمال و جنوب آهنرباها آشنا هستیم.
دنیای کوانتومی از نوع مشابهی از سیستم چسبندگی بهره میبرد. از اینرو، لولههای شار میتوانند در مقیاس کوانتومی برای توضیح اینکه چرا ذراتی به نام کوارکها به هم میچسبند تا ذراتی مثل پروتون و نوترون به وجود آورند، مورد استفاده قرار بگیرند. دنیای کوانتومی پاسخ مخصوص خود را به آن دارد. اگر یک جفت کوارک چسبیده را از همدیگر جدا کنید، لوله شار تا زمان گسلیدن و بسته شدن بسط مییابد. انرژی موجود در آن میدان به تولید یک پاد کوارک و کوارک دیگری منجر میشود. گاهی اوقات این جفت در تماس با یکدیگر قرار گرفته و اثر مخالفی به وجود میآورند. برخی اوقات نیز هر کوارک به نصف مجزایی از جفت اصلی متصل میشود تا شریک جدیدی به وجود بیاورد. وقتی جهان فقط چند میکروثانیه سن داشت، کوارکها وجود داشتند. پس میتوان به این دلیل تکیه زد که لولههای شار احتمالا نقش بزرگی داشتند. این نقطه شروع برای گمانهزنیهای پیچیده فیزیکدانان بود.
«توماس کفارت» محققی از دانشگاه واندربیلت خاطر نشان کرد: «ما پدیده مشهور لوله شار را مد نظر قرار داده و آن را به سطح انرژی بالاتری بردهایم» گسلیدن یک لوله شار و تولید یک کوارک و پادکوارک باید پایان داستان باشد به ویژه اگر کوارک و پادکوارک دوباره یکدیگر را از بین برده باشند. اما یک استثنای عجیب وجود دارد؛ این لولهها به یک خط مستقیم تکبعدی محدود هستند. آرایشهای پیچیده لولههای شار میتواند پایایی مختلفی داشته باشد. آنها پایدارترین نمونه در سه بعد هستند و سریعاً راهی برای تفکیک و جدایی پیدا میکنند. وقتی جهان به قدر کافی انبساط پیدا کرد و کوارکها به یکدیگر متصل شدند، میبایست فضای خالی با مجموعهای از این گرههای لوله شار پر شده باشد.
کیهانشناسان این ایده را در سر دارند که جهان خیلی زود پس از پیدایش دستخوش پدیدهای به نام انبساط قرار گرفت و در کسری از ثانیه اندازه آن از یک پروتون به اندازه یک گریپ فروت افزایش پیدا کرد. محققان به موارد فیزیکی عجیب و جدیدی در آزمایشهای خود دست پیدا میکنند که پلاسمای کوارکها و ذرات آنها به نام گلوانها را تکرار میکند. شاید به زودی شواهدی قوی مبنی بر تاریخچه پیچخورده جهان پیدا کنیم. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ European Physical Journal C منتشر شده است.
وبسایت منتشر کننده: وبسایت علمی بیگ بنگ
مترجم: منصور نقی‌لو
منبع: ScienceAlert
