سفري به ابعاد بالاتر هستي و جهان هاي موازي
بسياري از فلاسفه، دانشمندان و حکما از روزگاران کهن از وجود جهان هايي اسرار آميز غير از جهان ما سخن گفته اند. جهان هايي کاملاً مستقل از جهان ما با ويژگي هايي عجيب و غريب و باورنکردني، مفاهيمي نظير جهان هاي غيبي، تناسخ، هفت آسمان و... در واقع همگي به چنين جهان هايي اشاره دارند. اما آيا دانش کيهان شناسي نوين هم وجود جهان هايي غير از جهان ما را تأييد مي کند؟ پاسخ بسيار شگفت انگيز و غير منتظره است. بله، جهان ما صرفاً يکي از جهان هاي بي شمار شناور در گستره اي نامتناهي و بي نهايت اسرار آميز است: قلمرويي به نام ابر جهان.
جهان چيست؟
اگر يک شب براي تماشاي آسمان پرستاره به منطقه اي خارج از شهر برويد، انبوه ستارگان را مشاهده خواهيد کرد که در سرتاسر آسمان مي درخشند. اما آنچه مي بينيد فقط بخش بسيار کوچکي از جهان است چرا که تمامي اين ستاره ها همگي صرفا جزئي از کهکشان ما يعني راه شيري محسوب مي شوند. اين در حالي است که اخترشناسان با کمک تلسکوپ هاي قدرتمند خود تاکنون از ميلياردها کهکشان در بخش هاي مختلف جهان تصويربرداري کرده اند. در واقع اگر عرصه فضا را به اقيانوسي تشبيه کنيم، کهکشان ها همانند جزايري از ستارگان هستند که دراين اقيانوس با فواصل دور و نزديک از همديگر توزيع شده اند. کهکشان ما نيز با همه عظمتش تنها جزيره اي کوچک در اين اقيانوس پهناور است. کل اين اقيانوس جهان ما را تشکيل مي دهد. تا قبل از تولد دانش کيهان شناسي نوين، ما عملاً از ويژگي ها و رفتار اين اقيانوس چيزي نمي دانستيم. در واقع تا آن زمان اخترشناسان صرفا به مطالعه ستاره ها وجزاير ستاره اي شناور دراين اقيانوس مشغول بودند اما از خود اقيانوس غافل بودند.دانش کيهان شناسي نوين، عملا همزمان با تولد نظريه نسبيت عام اينشتين در اوايل قرن بيستم متولد شد.اينشتين به کمک اين نظريه، توانست رفتار اقيانوس فضا-زمان را در حضور ماده تبيين کند. به اين ترتيب و براساس کيهان شناسي نوين، جهان ما مجموعاً يک حوزه فضا-زماني (يا به عبارتي ،کل جهان ما)يک حوزه چهار بعدي است.حوزه اي با سه بعد مکاني طول، عرض و ارتفاع به اضافه بعد چهارم يعني زمان تمامي کهکشان ها و از جلمه کهکشان ما درون اين اقيانوس چهار بعدي شناورند. حال سوال اينجاست: آيا در هستي، حوزه هاي فضا-زماني ديگري غير از حوزه فضا-زماني ما هم وجود دارند؟
uابعاد بالاتر
اگرچه ما در جهاني با سه بعد مکاني زندگي مي کنيم اما آيا اين لزوما به اين معناست که کل هستي هم صرفاً داراي سه بعد مکاني است و ابعاد بالاتري ندارد؟ خير، چنين نيست. در واقع نگاهي به تاريخ علم نشان مي دهد که همواره پديده هاي اسرارآميزي در اطراف ما در جهان وجود داشته اند که تا پيش از کشف آنها، وجود آنها را باور نداشتيم .احتمال وجود ابعاد بالاتري غير از ابعاد چهارگانه جهان ما براي نخستين بار در دهه 1920 به طور مشترک توسط يک رياضيدان لهستاني به نام تئودو کالوزا و يک فيزيکدان سوئدي به نام اسکار کلين مطرح شد. کالوزا و کلين در تحقيقات خود به اين نتيجه رسيده بودند که چنانچه فضا - زمان به جاي چهار بعدي، پنج بعدي باشد دراين صورت مي توان نشان داد که تمامي نيروهاي بنيادين شناخته شده در فيزيک آن دوران-يعني نيروهاي گرانش و الکترومغناطيس- هردو در واقع تجليات مختلف يک نيروي بنيادين واحد هستند.
هرچند از آن زمان تاکنون نيروهاي بنيادين ديگري نيز در جهان کشف شده اند اما فيزيکدان ها هم دست روي دست نگذاشته و با ارائه نظريات بديع تري، در تلاشند تا عملکرد نيروي واحد دخيل در هستي -که تمامي نيروهاي بنيادين جهان، صرفاً تجليات به ظاهر متفاوتي از آن هستند- را بشناسند. جالب اينجاست که در تمامي اين نظريات، سروکله ابعاد بالاتر هم ظاهر مي شوند. يکي از مهم ترين اين نظريات، نظريه اي موسوم به «نظريه ريسمان ها» است. براساس اين نظريه که نسخه هاي اوليه آن در دهه 1980 مطرح شد، تمامي ذرات بنيادين جهان در واقع ريسمان هاي بسيار کوچک و مرتعش انرژي هستند که در يک فضا-زمان ده بعدي در حال ارتعاشند، به عبارتي برمبناي نظريه ريسمان ها کائنات بايد به جاي چهار بعدي، ده بعدي باشند. حدود يک دهه بعد يعني در سال 1995، دو فيزيکدان به نام هاي ادوارد ويتن از موسسه مطالعات پيشرفته پرينستون آمريکا و پائول تاونسند از دانشگاه کمبريج، نسخه هاي مختلف نظريه ريسمان ها را تعميم داده و با اين کار ،نظريه جديدي به نام «نظريه M»را ارائه دادند (M حرف اول واژه «رويه»-يعني سطح يا صفحه- به زبان انگليسي است. اينکه چرا چنين نامي براي اين نظريه انتخاب شده است را به زودي خواهيد فهميد. البته بنابه گفته خود ويتن ،M مي تواند حرف اول واژه هاي «مادر» و «اسرارآميز» هم باشد. انتخاب با شماست!)
در نظريه M باز هم يک بعد جديد به کائنات افزوده مي شود، بنابراين از نگاه اين نظريه، کل هستي 11 بعدي است که ده بعد آن، ابعاد مکاني و يک بعد آن، بعد زمان است. اين هستي 11 بعدي مجموعا حوزه نامتناهي و اسرارآميزي به نام اَبَرجهان را تشکيل مي دهد. براساس نظريه M، جهان ما در واقع يک صفحه (يا بهتر بگوييم، يک ابرصفحه) چهار بعدي شناور در ابرجهان است.
ابرجهان با ابعاد 11 گانه مکاني- زماني خود هندسه فوق العاده عجيب و غريب و پيچيده اي دارد اما با وجود اين پيچيدگي، رياضيدانان توانسته اند به کمک ابررايانه ها تصويري از سايه سه بعدي آن ترسيم کنند. اين هندسه پيچيده که اصطلاحا «فضاي کالايي -يائو» ناميده مي شود، در اواسط دهه 1980 يعني همزمان با ارائه نظريه ريسمان ها به طور مشترک توسط يوجينيو کالابي، رياضيدان ايتاليايي دانشگاه پنسيلوانيا و شينگ تانگ يائو، رياضيدان چيني دانشگاه هاروارد، کشف شد.
يک قدم تا بي نهايت
اما اگر از اينکه مي بينيد جهان ما همانند حبابي در پهنه اسرار آميز ابرجهان شناور است و حيرت زده شده ايد، بايد بگوييم که اين تازه اول داستان است. بر مبناي نظريه M علاوه بر صفحه جهان ما ،ابر صفحات يا جهان هاي بي شمار ديگري نيز در گستره ابر جهان شناورند اما از آنجايي که اين جهان ها در خارج از ابعاد جهان ما واقعند، متوجه حضور آنها نمي شويم. شايد فکر کنيد اين جهان ها از ما بسيار دورند اما لزوما چنين نيست. در واقع برخي از اين جهان ها ممکن است حتي از فاصله اي که شما هم اکنون از همين صفحه دانستنيها داريد نيز به شما نزديک تر باشند.
براي درک بهتر اين موضوع و با توجه به آنکه ذهن بشر نمي تواند بيش از سه بعد مکاني را تجسم کند، مساله را به يک بعد کمتر تقليل مي دهيم تا قابل تجسم باشد. فرض کنيد جهان ما به جاي سه بعدي، دو بعدي بود(مثلا مثل سطح يک کره) در اين صورت ما انسان ها نيز موجوداتي دو بعدي بوديم که دراين جهان يعني روي سطح اين کره زندگي مي کرديم. دراين مثال، جهان هاي ديگر همانند کره هاي ديگري هستند که در عرصه بيکران ابرجهان سه بعدي شناورند .آدم هاي دو بعدي هيچ درک و تصوري از بعد سوم ندارند.به همين دليل هم حتي اگر برخي از اين کرات- يا همان جهان هاي ديگر- به کره آنها بسيار نزديک باشند، باز هم آنها متوجه حضورشان نخواهند شد. اين آدم هاي دو بعدي ممکن است با تلسکوپ هايشان قادر باشند تا دوردست هاي روي سطح کره (جهان) خودشان را هم ببينند، ولي از حضور کرات ديگري که ممکن است حتي بغل گوششان باشند بي خبرند. به همين ترتيب ما هم هرچند با تلسکوپ هاي قدرتمند خود مي توانيم تا مرزهاي افق کيهاني خود را رصد کنيم اما از وجود جهان هاي ديگري که ممکن است فقط يک قدم با ما فاصله داشته باشند، بي خبريم.
بيش از ستاره هاي آسمان و ماسه هاي کوير
براساس نظريه M هريک از جهان هاي شناور در گستره بي کران ابرجهان مي توانند قوانين بنيادين فيزيک متفاوت و مربوط به خود را داشته باشند. به عنوان مثال برخي از اين جهان ها ممکن است مثل جهان ما چهار بعدي باشند و حتي موجوداتي دقيقاً مثل ما انسان ها در آنها زندگي کنند اما برخي ديگر ممکن است مثلا هفت بعدي يا هشت بعدي و خالي از سکنه باشند. تعداد و نوع ذرات بينادي هريک از اين جهان ها با هم متفاوت است. مثلاً ممکن است بعضي از اين جهان ها اصلاً الکترون نداشته باشند اما بعضي ديگر ممکن است الکترون هايي با جرم و بار الکتريکي متفاوتي نسبت به جهان ما داشته باشند. حتي ثابت هاي بنيادين فيزيک نظير سرعت سير نور، ثابت پلانک، ثابت آلفا و ... نيز در هريک از اين جهان ها مي تواند متفاوت باشد.
محاسبات مبتني بر نظريه M نشان مي دهد که حداقل ده به توان 500 جهان با قوانين فيزيک متفاوت در پهنه ابرجهان وجود دارند که قوانين بنيادين هريک از آنها با ديگري متفاوت است. اين عدد فوق العاده بزرگي است و براي آنکه متوجه بزرگي آن شويد، آن را برحسب تريليون مي نويسيم. با توجه به اينکه هر تريليون برابر هزار ميليارد است بايد گفت که در پهنه کائنات (يا همان ابرجهان) حداقل يک صد ميليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون تريليون جهان مختلف با قوانين فيزيک متفاوت وجود دارد!
تازه آنچه بيان شد، تعداد جهان هاي با ويژگي هاي فيزيکي متفاوت را نشان مي دهد ولي تعداد کل جهان ها احتمالا نامتناهي است. اما نامتناهي بودن تعداد جهان ها-آن هم جهان هايي با اين همه ويژگي هاي عجيب و غريب- به لحاظ احتمالات رياضي عملاً به اين معني است که هر رويداد قابل تصوري ممکن است در اين جهان ها به وقوع بپيوندد. به همين دليل اصلاً عجيب نيست که بتوان جهاني را پيدا کرد که مثلا داستان پينوکيو درآن واقعاً اتفاق افتاده باشد.
سفر به ديگر سو
خب کاملاً طبيعي است اگر به سرتان بزند که به دنياهايي اين چنين شگفت انگيز سفر کنيد اما متأسفانه در حالت معمول امکان سفر به جهان هاي ديگر براي ما وجود ندارد اما ببينيم چرا؟
مي دانيم که همه چيز در جهان ما از ذرات بنيادين نظير الکترون ها و کوارک ها تشکيل شده است. اما همان طور که قبلاً هم بيان شد، براساس نظريه ريسمان ها (و همين طور نظريه M)تمامي ذرات بنيادين جهان در واقع ريسمان هاي مرتعش انرژي هستند. اين ريسمان ها ممکن است باز يا بسته باشند. به عنوان مثال ذراتي مانند کوارک ها و الکترون ها ريسمان هاي باز را تشکيل مي دهند. اما بر مبناي نظريه M، دو سر ريسمان هاي باز بايد حتماً همواره به ابرصفحه اي که در آن قرار دارند متصل باشند و هيچ گاه نمي توانند از آن جدا شوند. به همين دليل هم تمامي ذرات بنيادين تشکيل دهنده بدن ما- و همه چيزهاي ديگري که در اطراف خود مي بينيم- همگي به جهان ما مقيد و متصل بوده و امکان خروج از اين جهان و ورود به گستره ابرفضا را ندارند. اما آيا بدين ترتيب بايد براي هميشه از سفر به جهان هاي ديگر نااميد شويم؟ خوشبختانه چنين نيست چرا که هنوز يک راه به رويمان گشوده است :عبور از درون کرمچاله ها.
کرمچاله ها تونل هايي فضا- زماني هستند که مي توانند بخشي از جهان را به صورت ميانبر به بخش ديگري از آن متصل کنند. کرمچاله ها حتي مي توانند با اتصال يک لحظه زماني به لحظه اي ديگر در گذشته يا آينده، نقش ماشين زمان را ايفا کنند. وجود کرمچاله ها براي نخستين بار در سال 1957 و توسط فيزيکداني به نام جان ويلر از دانشگاه پرينستون مطرح شد. در آن سال ويلر با استفاده از معادلات نسبيت عام اينشتين، توانست از امکان وجود اين کرمچاله هاي شگفت انگيز در پهنه کيهان پرده بردارد. البته در آن زمان کيهان شناسان هنوز از وجود ابرجهان و جهان هاي موازي اطلاعي نداشتند اما بعدها مشخص شد کرمچاله ها حتي مي توانند به عنوان تونلي براي اتصال جهان ها به همديگر عمل کنند.
تاثير جهان هاي ديگر بر جهان ما
اگرچه ما در حالت معمول متوجه حضور جهان هاي ديگر نمي شويم اما اين بدان معني نيست که اين جهانها هيچ تاثيري بر جهان ما ندارند. در واقع در سال 1998 ،سه فيزيکدان به نام هاي ساواس ديموپولوس، گيادوالي و نيما ارکاني حامد توانستند نشان دهند که دو معماي بزرگ فيزيک امروز يعني ماده تاريک و انرژي تاريک هر دو مي توانند ماحصل تأثير جهان هاي همسايه بر روي جهان ما باشند.
براي توضيح اين مطلب يادآوري مي کنيم که طبق نظريه ريسمان ها تمامي ذرات بنيادين سازنده جهان (کوارک ها ولپتون ها) ريسمان هاي باز و مرتعشي از انرژي هستند که دوسرشان به جهان ما مقيداست، بنابراين نمي توانند از جهان ما خارج شوند، اما در اين ميان، ذره اي هم وجود دارد که يک ريسمان حلقوي بسته را تشکيل مي دهد و از آنجايي که اين ريسمان، دو سر ابتدايي و انتهايي ندارد که به ابرصفحه جهان ما متصل باشند، بنابراين به راحتي مي تواند از جهاني به جهان ديگر سفر کند. حدس بزنيد اين ذره چه ذره اي است؟ اين ذره همان گراويتون يا ذره انتقال دهنده ميدان گرانشي است. بدين ترتيب نيروي گرانش مي تواند هم از درون جهان هاي ديگر به درون جهان ما نفود کند و هم برعکس. حال ببينيم اين ويژگي گرانش چگونه مي تواند معماهاي ماده و انرژي تاريک را حل کند. مي دانيم که ماده تاريک، ماده اسرارآميزي است که هيچ گونه تابشي -نه در طيف مرئي و نه در طيف نامرئي- از خود گسيل نمي کند و فقط به واسطه تاثير گرانشي اي که بر محيط پيرامون خود دارد، قابل تشخيص است وجود اين ماده اسرار آميز که در تمامي پهنه کيهان توزيع شده و کهکشان ها را همانند هاله اي دربرگرفته است، براي نخستين بار در اواخر دهه 1970 براي بشر مشخص شد. در آن زمان اخترشناسان هنگام مطالعه کهکشان هاي مارپيچي دريافتند که اين کهکشان ها با چنان سرعتي به دور خود در حال چرخشند که قاعدتاً بايد تاکنون مضمحل مي شدند. پس بايد ماده اي ناشناخته و تاريک، فضاي درون کهکشان ها را پر کرده باشد تا با نيروي گرانش خود، از اضمحلال کهکشان ها جلوگيري کند. اما ماهيت اين ماده اسرارآميز چيست؟ از زمان کشف ماده تاريک تاکنون اين سوال به يکي از مهم ترين پرسش هاي مطرح در فيزيک بدل شده است. اما ديموپولوس، دوالي و ارکاني حامد ،پاسخي شگفت انگيز براي اين معما پيدا کرده اند:تأثيرات گرانشي اي که تاکنون به ماده تاريک نسبت مي داديم در واقع چيزي نيست جز تاثيرات گرانشي ماده موجود در جهان هاي ديگر که در نزديکي جهان ما در پهنه ابرجهان شناورند بر روي کهکشان هاي موجود در جهان ما. اما معماي دوم يعني انرژي تاريک، تا سال 1998 تمامي کيهان شناسان تصور مي کردند نرخ انبساط جهان به واسطه وجود جاذبه گرانشي کهکشان ها نسبت به همديگر-که به صورت يک نيروي ترمز کننده در مقابل انبساط جهان عمل مي کند- روبه کاهش است.اما درآن سال ،دو گروه مستقل از اخترشناسان که مشغول مطالعه روي ابر نواخترهاي کهکشان هاي دور دست بودند، در کمال شگفتي دريافتند که نرخ انبساط جهان نه تنها رو به کاهش نيست بلکه در حال افزايش است .اما چه عاملي است که مي تواند بر نيروي جاذبه گرانشي کهکشان ها غلبه کرده و انبساط جهان را شتاب ببخشد؟آيا ميدان دافعه کيهاني ناشناخته اي در شدت گرفتن انبساط جهان دخيل است؟ کيهان شناسان نام اين ميدان دافعه اسرارآميز را «انرژي تاريک» گذاشته اند.چيستي و ماهيت اين انرژي تاريک که به تنهايي حدود 73 درصد کل جرم- انرژي جهان را تشکيل مي دهد، عملاً به يکي از بزرگترين معماهاي فيزيک امروز بدل شده است. تاکنون انواع و اقسام ايده هاي مختلف توسط برجسته ترين فيزيکدان هاي جهان براي حل معماي انرژي تاريک ارائه شده اند اما هيچ کدام پاسخي قانع کننده و همه جانبه براي اين معضل محسوب نمي شوند، اما گيا دوالي، فيزيکدان دانشگاه نيويورک با استفاده از ايده ابرجهان وابعاد بالاتر کائنات، راه حل جالبي براي اين معما پيدا کرده است. براساس ايده دوالي،درز کردن گراويتون ها به خارج از جهان ما عملا باعث تغيير قانون گرانش در فواصل کيهاني مي شود. اين تغيير رفتار گرانش به گونه اي است که بدون نياز به فرض وجود انرژي تاريک مي تواند شدت گرفتن نرخ انبساط جهان را توضيح دهد.
برخورد جهان ها با همديگر
شايد بپرسيد آيا ممکن است جهانهاي شناور در ابرجهان با همديگر برخورد کنند؟ بله. براساس سناريويي که در سال 2002 به طور مشترک توسط دو کيهان شناسي به نام هاي پائول اشتاينهارد از دانشگاه پرينستون و نيل توراک از دانشگاه کمبريج ارائه شد، انفجار عظيمي که ما آن را مهبانگ ناميده ايم، در واقع مي تواند ماحصل برخورد يک جهان همسايه با جهان ما بوده باشد. بر مبناي مدل اشتاينهارد و توراک، جهان هاي مجاور شناور در ابرجهان هراز چند گاه با همديگر برخورد کرده و از اين برخورد ،انرژي فوق العاده عظيمي درهريک از اين جهان ها آزاد خواهد شد. در ضمن به واسطه همين برخورد، هردو ابرصفحه(هردوجهان) شروع به انبساط خواهند کرد. اما از آنجا که ما همواره دريکي از اين دو ابرصفحه (يعني جهان خود) مقيد بوده ايم ،تصور مي کنيم اين انفجار عظيم همان آغاز جهان بوده است، غافل از اينکه جهان ما پيش از آن هم وجود داشته است. براساس اين مدل، دو جهان پس از برخورد، مجدداً از يکديگر جدا شده و شروع به دور شدن از همديگر خواهند کرد اما فاصله گرفتن آنها از يکديگر سرانجام به واسطه نيروي جاذبه موجود ميان آنها متوقف شده و دوباره به سوي همديگر کشيده خواهند شد و مجدداً با همديگر برخورد خواهند کرد. با برخورد مجدد آنها دوباره مقدار عظيمي انرژي به هريک از آنها تزريق خواهد شد،گويي که مهبانگ جديدي رخ داده است و اين چرخه تولد و مرگ کيهاني تا ابد تکرار خواهد شد.
خيلي دور، خيلي نزديک
هرچند داستان چگونگي کشف ابرجهان در اينجا به پايان مي رسد اما اين تازه نقطه آغازي براي بشر محسوب مي شود؛ نقطه آغازي براي کاوش در عرصه بي نهايت ها. ادامه اين داستان را فيزيکدانان و کيهان شناسان بزرگي خواهند نوشت که با پژوهش هاي خستگي ناپديز خود، گوشه هاي ديگر از شگفتي هاي کائنات را به روي ما خواهند گشود، آيا روزي سفر به جهان هاي موازي محقق خواهد شد؟ آيا مي توان پيامي را به اين جهان ها ارسال کرد؟... فعلا بايد صبر کرد. بخش هاي هيجان انگيز داستان هنوز نانوشته است.
منبع: نشريه دانستنيها شماره 20
