آزمایش‌ها نشانه‌هایی از وجود بعد چهارم فضا را نشان می‌دهند

آزمایش‌ها نشانه‌هایی از وجود بعد چهارم فضا را نشان می‌دهند

زمانی که در مورد جهان صحبت می‌کنیم، تصور ما این است که سه بعد فضا و یک بعد زمان وجود دارد که تمامی حالت‌ها و حرکت‌ها‌ی ما را شکل می‌دهد.اما دو گروه از دانشمندان نشان داده‌اند که اگر از حدودیت ابعاد بالا و پایین، چپ و راست، جلو و عقب خارج شویم، می‌توانیم به بعد چهارم دسترسی پیدا کنیم.

شاید انتظار داشته باشید که این مسئله باید قوانین فیزیک را دچار دگرگونی کرده و یا حتی آن را بشکند. قسمتی از آزمایش‌ها‌ی انجام شده، نظری بوده و بسیار پیچیده هستند. البته که منشأ این نظریه‌ها، دوست و همراه نه چندان قدیمی فیزیک، یعنی مکانیک کوانتومی است.

دو تیم پژوهشی مجزا، یکی در اروپا و دیگری در آمریکا فعالیت می‌کنند. هر کدام از این گروه‌ها، توانستند با استفاده از اثر کوانتومی هال، اثراتی از بعد فضایی چهارم پیدا کنند. این اثر، روشی برای به‌دام‌اندازی و اندازه‌گیری و بررسی الکترون‌ها است.

به‌گفته‌ی یکی از پژوهشگران تیم آمریکا به نام میشل رچمن، از دانشگاه پن:

از نظر فیزیکی، هیچ‌گونه سیستم اندازه‌گیری چهار‌بعدی در دسترس ما نیست. اما می‌توانیم با استفاده از سیستم‌ها‌یی با تعداد ابعاد کم‌تر، به اثر‌هال چهار‌بعدی دست پیدا کنیم. چرا که سیستمی با ابعاد بالا‌تر، به دلیل پیچیده بودن سیستم، قابل دسترسی نیست.

به‌عبارت دیگر، همان‌گونه که یک جسم سه‌بعدی، یک سایه‌ی دو‌بعدی را تشکیل می‌دهد، با اینکه نمی‌توانیم یک جسم چهار ‌بعدی را مستقیما بررسی کنیم یا حتی آن را ببینیم، پژوهشگران در تلاش هستند تا بتوانند یک جسم چهار‌بعدی را به‌وسیله‌ی سایه‌ی سه‌بعدی آن بررسی کنند. این بررسی‌ها می‌تواند منجر به اطلاعات پایه‌ی بسیاری در علم به ما شود. طبق محاسبات پیشرفته‌ای که منجر به نوبل سال ۲۰۱۶ شد، امروز، می‌دانیم که اثر کوانتومی هال، به وجود بعد چهارم فضایی اشاره دارد.  این آزمایش‌ها می‌توانند تصویری از تاثیراتی که این بعد چهارم فضایی می‌تواند داشته باشد، برای ما ترسیم کند.

کاری که تیم اروپا در این راستا انجام می‌دهد، به این شکل است که، گروهی از اتم‌ها را به‌وسیله‌ی فرایند سرد‌کنندگی لیزری، به یک شبکه‌ی دو‌بعدی محدود کرده و آن‌ها را تا دمای صفر مطلق، سرد می‌کنند. در اصطلاح، به این فرایند، بسته‌بندی کردن نور در یک کارتون توسط پژوهشگران گفته می‌شود.

این تیم تحقیقاتی توانسته است به‌وسیله‌ی لیزر‌ها‌ی پیشرفته، اتم‌ها‌ی به‌دام افتاده را برانگیخته کرده و آن‌ها را وادار به حرکت کنند. پژوهشگران،  تغییرات آرام در حرکت اتم‌ها را بررسی کردند که این تغییرات، معادل است با بررسی اثر هال کوانتومی چهار‌بعدی، که نشانه‌ها‌یی از وجود بعد فضایی چهارم را پدیدار می‌کند.

تیم پژوهشی آمریکا نیز برای انجام آزمایش‌ها‌ی خود از لیزر استفاده می‌کنند با این تفاوت که این بار، رد پالس نوری را درون یک قالب شیشه‌ای دنبال می‌کنند. با دست‌کاری کردن نور عبوری از یک قالب شیشه‌ای، اثر یک میدان الکتریکی روی ذرات بار‌دار را شبیه‌سازی می‌کنند. این بار نیز در نتیجه‌ی این کار، اثر کوانتومی هال چهار‌بعدی بررسی می‌شود.

البته واضح است که ما نمی‌توانیم به دنیا‌ی چهار‌بعدی دسترسی پیدا کنیم. چرا که در جهان سه‌بعدی گیر افتاده‌ایم. اما پژوهشگران معتقدند که مکانیک کوانتومی می‌تواند تصویری از این جهان چهار‌بعدی به ما بدهد و دید سه بعدی ما را گسترده‌تر کند.

راه دیگر نگاه به این داستان به این شکل است که فرض کنیم کاراکتر‌های یک بازی ویدئویی روی یک سطح دو‌بعدی هستیم و ناگهان توجهمان به جهان سه‌بعدی اطرافمان جلب می‌شود. دید ما دو‌بعدی باقی می‌ماند؛ اما همان‌گونه که در جهان دو‌بعدی می‌چرخیم، آشفتگی‌ها و نا‌هماهنگی‌ها‌یی می‌بینیم که ناشی از به دام افتادن جهان دو‌بعدی در جهان سه‌بعدی است.

شبیه این نا‌هماهنگی‌ها و آشفتگی‌ها در این پژوهش، به نمایش گذاشته شده‌اند که نشانه‌ها‌یی از جهان چهاربعدی را به ما نشان می‌دهد. هنوز نمی‌توانیم به بعد چهارم سفر کنیم. اما اکنون می‌توانیم نشانه‌ها‌ی وجود آن را ببینیم و می‌توانیم به نحوه‌ی عملکرد آن دست پیدا کنیم.

تیم پژوهشگران قصد دارد با استفاده از این پژوهش‌ها، نگاه نزدیک‌تر‌ی به این قضیه داشته باشد و شاید در این راستا فیزیک جدیدی در انتظار جهان باشد. به‌گفته‌ی یکی از پژوهشگران اروپایی، میشل لوس از دانشگاه لودوینگ- مکسیمیلیامز در آلمان: به نظر من این دو آزمایش، کامل‌کننده‌ی یکدیگر هستند.