چرا فضا سه بُعدی است؟
شاید هیچگاه این مسئله به ذهن تان 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. ایده ای که فیزیک ذرات را با چیزی به نام «نظریه گره» ترکیب می کند نه تنها می تواند 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. حجم های ساکن فضا که دارای سه درجه آزادی به نام های عرض، عمق و طول هستند، به نظر خیلی اساسی می رسند، اما تصور جهانی به صورت دیگر خیلی دشوار است.
مکعبی چهاربعدی را به عنوان یک جسم واقعی فرض کنید و حالا سریع احساس خواهید کرد که مغرتان الگویی را دنبال می کند. ما نمی توانیم این احتمال را رد کنیم که ابعاد دیگری از فضا وجود دارد اما به سادگی نمی توانیم آنها را تجربه کنیم. مدل هایی مثل نظریه ریسمان راه را برای وجود نه بعد و حتی بیشتر باز می کنند. اما تا زمانی که شواهدی قوی از وجود آن ابعاد پیدا نکنیم، باید توجه خود را معطوف مقیاسی بزرگ از انسان ها، سیاره ها و کهکشان ها کنیم.
تیمی بین المللی از فیزیکدانان به دنبال دلایل پیرامون این تعداد جادویی بوده و در حال یافتن راه حلی قوی در مدلی موسوم به تورم گره هستند. محققان با یک اصول مشخصی به نام “لوله های شار” کار تحقیقی خود را آغاز کردند. این اصل ریشه در مدل سازی الکترومغناطیس جیمز کلرک ماکسول در قرن نوزدهم میلادی دارد. لوله های شار (جریان) کمابیش راهی برای توصیف کانال های خطوط نیروی فرضی تولید شده در اثر مغناطیس هستند. ما با بارهای الکتریکی مثبت و منفی و قطب های شمال و جنوب آهنرباها آشنا هستیم.
دنیای کوانتومی از نوع مشابهی از سیستم چسبندگی بهره می برد. پس، لوله های شار می توانند در مقیاس کوانتومی برای توضیح اینکه چرا ذراتی به نام کوارک ها به هم می چسبند 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 می یابد. انرژی موجود در آن میدان به تولید یک پاد کوارک و کوارک دیگری منجر می شود. گاهی اوقات این جفت در تماس با یکدیگر قرار گرفته و اثر مخالفی به وجود می آورند. برخی اوقات نیز هر کوارک به نصف مجزایی از جفت اصلی متصل می شود تا شریک جدیدی به وجود بیاورد. وقتی جهان فقط چند میکروثانیه سن داشت، کوارک ها وجود داشتند. پس می توان به این دلیل تکیه زد که لوله های شار احتمالا نقش بزرگی داشتند. این نقطه شروع برای گمانه زنی های پیچیده فیزیکدانان بود.
«توماس کفارت» محققی از دانشگاه واندربیلت خاطرنشان کرد: «ما پدیده مشهور لوله شار را مد نظر قرار داده و آن را به سطح انرژی بالاتری برده ایم» گسلیدن یک لوله شار و تولید یک کوارک و پاد کوارک باید پایان داستان باشد به ویژه اگر کوارک و پاد کوارک دوباره یکدیگر را از بین برده باشند. اما یک استثنای عجیب وجود دارد؛ این لوله ها به یک خط مستقیم تک بعدی محدود هستند. آرایش های پیچیده لوله های شار می تواند پایایی مختلفی داشته باشد. آنها پایدارترین نمونه در سه بعد هستند و سریعا راهی برای تفکیک و جدایی پیدا می کنند. وقتی جهان به قدر کافی انبساط پیدا کرد و کوارک ها به یکدیگر متصل شدند، می بایست فضای خالی با مجموعه ای از این گره های لوله شار پر شده باشد.
کیهان شناسان این ایده را در سر دارند که جهان خیلی زود پس از پیدایش دستخوش پدیده ای 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 آزمایش های خود دست پیدا می کنند که پلاسمای کوارک ها و ذرات آنها به نام گلوان ها را تکرار می کند. شاید به زودی به شواهدی قوی مبنی بر تاریخچه پیچ خورده جهان پیدا کنیم. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ European Physical Journal C منتشر شده است.
برگرفته از sciencealert
