آیا جهان ما بیش از سه بُعد دارد؟

اگر ابعاد اضافی وجود داشته باشند، باید خیلی کوچک باشند. آیا جهان ما بیش از سه بُعد دارد؟ بر اساس پژوهشی جدید، احتمالا این ابعاد در مقیاس ِ بزرگ نیستند. بنا به یافته‌های این تحقیق، در فواصل خیلی دور فضا، به احتمال زیاد جهان به همان ابعادی که در زمین تجربه می کنیم، عمل می کند. نتایج بدست آمده به دانشمندان کمک خواهد کرد تا ماهیت پیچیدۀ “انرژی تاریک” را درک کنند؛ پدیده رازآلودی که به سرعت انبساط کیهان می افزاید.

به گزارش بیگ بنگ، در ماه اکتبر ۲۰۱۷، دانشمندان از رصدخانه موج گرانشی با تداخل سنج لیزری(LIGO) برای شناسایی موج گرانشی ایجاد شده در اثر برخورد دو ستاره نوترونی استفاده کردند. این رویداد که با عنوان «GW170817» شناخته می شود، با تلسکوپ‌های سنتی هم دیده شد؛ اما دانشمندان این امکان را بدست آوردند تا به طور همزمان این رویداد را از طریق امواج گرانشی و امواج نور مورد مطالعه قرار دهند. اندازه‌گیری‌های دوگانه این اجازه را به دانشمندان می دهد تا چیزهای بسیار زیادی را در خصوص جهان ما یاد بگیرند؛ مثل این مسئله که چند بُعد در جهان وجود دارد. نتایج جدید شواهد بیشتری دربارۀ نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین هم عرضه می کند.

«کریس پاردو» نویسنده و محقق ارشد و دانشجوی مقطع دکتری در دانشگاه پرینستون بیان کرد: «نسبیت عام می گوید که گرانش باید در سه بُعد عمل کند و نتایج گویای آن است که ما تنها قابلیت مشاهده سه بعد را داریم.» اگرچه نظریه نسبیت عام در توصیف جهان ما تاکنون به خوبی عمل کرده، اما یک مسئله وجود دارد که نمی تواند به خوبی توضیح دهد: آیا انبساط جهان در حال شتاب گرفتن است؟ دانشمندان دلیل این شتاب را به انرژی تاریک نسبت می دهند، اما هنوز هیچکس از ماهیت آن اطلاعی ندارد.

برخی نظریه‌ها به اصلاح گرانش می پردازند تا انبساط جهان را توضیح دهند؛ بر طبق این نظریه‌ها، گرانش در مقیاس‌های بزرگتر به شیوۀ متفاوتی عمل می کند. بسیاری از این ایده‌ها پیش‌بینی می کنند که ابعاد دیگری وجود دارند و می توان آن ابعاد را با امواج گرانشی مورد کاوش و بررسی قرار داد. “تسا بیکر” کیهان‌شناس در دانشگاه آکسفورد انگلیس اظهار کرد: «تلاش‌های زیادی برای جستجوی نظریه‌های اصلاح شده گرانش فقط به پاس راز “انرژی تاریک” انجام می شود. آیا راهی برای دستکاری قوانین گرانش وجود دارد تا این مسئله توضیح داده شود که چرا جهان با سرعت فزاینده‌ای در حال انبساط و گسترش است؟»

بر اساس بسیاری از این نظریه‌ها، اگر ابعاد بیشتر وجود داشته باشند، باید امواج گرانشی به درون آن ابعاد نفوذ کرده باشد. لذا انتظار می رود وقتی امواج در سرتاسر جهان پراکنده شدند، تضعیف شوند. دانشمندان در یکی از مطالعات اخیرشان به اندازه‌گیری میزان فاصله‌ای که امواج گرانشی و امواج نوری از «GW170817» برای رسیدن به زمین طی می کردند، پرداختند، اما محققان هیچگونه نشانه‌ای از تضعیف شدگی پیدا نکردند که بر رابطه آن با ابعاد بیشتر دلالت داشته باشد. به پاس رویداد «GW170817»، مطالعات زیادی با محاسبه سرعت امواج گرانشی به منظور تعیین تاخیر حرکت آنها توانستند بعضی از نظریه‌های گرانش اصلاح شده را کنار بگذارند و بر روی آنها خط بطلان بکشند. مقاله جدید توانست طیف وسیعی از نظریه‌های دیگر را هم مردود اعلام کند.

نتایج جدید فقط ابعاد بزرگ را مستثنی اعلام می کنند. به این ترتیب، نتایج فوق هیچ قید و بندی بر ابعاد بیشتر نمی گذارد، موردی که نظریه ریسمان پیش‌بینی کرده است. بر اساس نظریه ریسمان، همه چیز از ریسمان‌های کوچکِ در حال ارتعاش ساخته شده است. با این حال، یافته‌های جدید نشان می دهد که در مقیاس‌هایی در حدود ۱٫۶ کیلومتری تا دستکم ۸۰ میلیون سال نوری، جهان به شکل سه بعدی است. یافته‌ها همچنین ابعاد بزرگتر را رد می کند، اما تنها در صورتی که اثرات قابل مشاهده‌ای بر مقیاسی کوچکتر از ۸۰ میلیون سال نوری داشته باشند.

محققان از داده‌های بدست آمده برای محاسبۀ عمر گراویتون استفاده کردند؛ ذره نظری که اگر وجود داشته باشد، نیروی گرانش را انتقال می دهد. بنا به یافته دانشمندان، عمر گراویتون دستکم ۴۵۰ میلیون سال است. به عبارت دیگر، گراویتون در طول این بازه زمانی به ذرات سبک‌تر تقسیم نمی شود. بعضی از نظریه‌های گرانش اصلاح شده چنین فروپاشی را پیش‌بینی می کنند.

پس این محاسبه عمر گراویتون می تواند در رویدادهای امواج گرانشی آتی مورد استفاده قرار بگیرد که در بخش‌های دیگر جهان به وقوع می پیوندند؛ دانشمندان می توانند این نظریه‌ها را به شکل بهتری مورد آزمایش قرار دهند. دانشمندان می خواهند رویدادهای بیشتری را در فواصل دورتر بررسی و مشاهده نمایند چرا که در این صورت شاید مشخص شود که آیا گرانش یا انرژی تاریک در طول زمان دچار تغییر شده اند یا خیر. در حال حاضر، گویا جهان از همان ابعادی برخوردار است که از قبل دیده‌ایم. اما ناامید نباشید، شاید سفر در زمان روزی به واقعیت بپیوندد. جزئیات بیشتر در مجله «Cosmology and Astroparticle Physics» منتشر شده است.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com