لماذا الكون فقط أربعة أبعاد؟

القوى الاربعة - الدكتور على الكيالى (أبريل 2019).

Anonim

في الثمانينيات ، كان الفيزيائيون يائسين لتوحيد القوى الأساسية الأربعة للكون في قوة شاملة واحدة. وقد تطورت محاولتهم الأولى إلى ما يسمى بالجاذبية الفائقة ، ولكن نظرًا لوجود العديد من التناقضات والتنبؤات غير المؤكدة ، كان لابد من التخلص منها. نظرية أخرى نشأت كانت نظرية الأوتار.

وقد تم تجاهل النظرية التي ولدت في سبعينيات القرن العشرين ، حتى الثمانينات من القرن العشرين ، عندما أُعيد إحياء شعبيتها وبدأ الفيزيائيون في دراستها بجدية. تبقى نظرية الأوتار واحدة من أفضل التخمينات لدينا في فهم كامل لطرق الكون ، ولكن وفقا للنظرية ، فإن الكون موجود في 26 بعدًا! لذلك من الغريب أن نتعرض فقط لأربعة منهم - ثلاثة أبعاد متبادلة للفضاء وواحدة ، اكتشفت قبل قرن من الزمن.

لقد أزعج العبث الفلاسفة وعلماء الفيزياء فيما بعد إلى الأبد. إنهم فضوليون للغاية لقبول الحقيقة كما هي دون أي تشوّش أو تشكيك ؛ يريدون أن يعرفوا لماذا هي الحقيقة كما هي. ومع ذلك ، يبدو أن بحثًا نُشر مؤخرًا في كتاب "حروف الطبيعة الأوروبية" (EPL) يكشف عن سبب وجود كوننا في أربعة أبعاد فقط.

Helmholtz الطاقة الحرة الكثافة

سماكة. مصدر الصورة: Pixabay

وبالتالي

.

لماذا أربعة فقط؟ حسنا ، تشير الورقة إلى أن الآخرين ممنوعون من الإفلات من القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، وهو قانون أساسي للكون. ووفقًا للصحيفة ، فإن الكون حديث الولادة كان مصابًا بالإشعاع وكثافة الطاقة الحرة لهلمهولتز ، وهي كمية ديناميكية حرارية تمارس الضغط على الفضاء.

بعد ثوانٍ فقط من الانفجار العظيم ، كما تبرد الكون على الفور ، حققت كثافة هيلمهولتز قيمتها القصوى ، و "جمد" الكون على الفور. في هذه المرحلة ، كان الكون ، الذي كان موجودًا من قبل في كل البعد الذي نعتقد أنه موجود ، يقتصر على أربعة منها فقط. الطريقة الوحيدة التي سيخرج بها كوننا إلى أبعاد أكثر هي إذا كان موجودًا فوق درجة حرارة حرجة ، ودرجة حرارة جهنمية سادت بالتأكيد بعد مرور ثانية على إنشائها.

يتشابه اكتشاف الفيزيائيين مع المرحلة الانتقالية التي تخضع لها المياه. الطريقة الوحيدة التي يمكن أن تتحول بها كتلة من الجليد إلى مياه سائلة هي عندما تتعرض للحرارة. في حين أن هذه النظرية قد اكتسبت زخما في الآونة الأخيرة فقط ، فإن المبدأ الذي توجهنا إليه دائما للإجابة على مثل هذه المعضلات الشهيرة هو المبدأ الأنثروبي.

The Anthropic Principle

يشرح القانون الثاني للديناميكا الحرارية في المقام الأول السبب الذي يجعل الوقت يتحرك في اتجاه واحد فقط ، والذي نسميه "إلى الأمام". يتنبأ القانون أن اتجاه الزمن في الكون يتحرك في نفس الاتجاه الذي يزداد فيه الاضطراب فيه. ومع ذلك ، هذا المنطق غير كامل. يتم تحقيق حجة مقنعة فقط عندما نجمع بين القانون والمبدأ الأنثروبي. هذا مقتطف من مقالة سابقة كتبت لشرح لماذا يتحرك الوقت في اتجاه واحد فقط :

"إذا استطعنا أن نعترف بدور الحظ في إحضار زهرة أو فاكهة إلى الحياة ، فلماذا لا يمكننا أن نفعل الشيء نفسه عندما نتحدث عن أنفسنا؟

إذا كانت الرياح عاصفة في ذلك اليوم أو كانت التربة أكثر ثباتًا ، فلا يمكن أن تكون الزهرة قد ولدت. وبالمثل ، إذا كانت ظروف الكون مختلفة ، فإن الحياة الذكية القادرة على التساؤل "لماذا يتدفق الوقت في اتجاه واحد فقط؟" لا يمكن أن تنبثق. نرى الكون كما هو ، لأنه إذا كان مختلفًا ، فلن نكون هنا لنحافظ عليه! وهذا ما يسمى المبدأ الأنثروبي. أعلم أن هذا يبدو ساذجًا وصعبًا فهمه ، ولكنه بالتأكيد يبدو صحيحًا ما لم نجد بالطبع الدليل على عكس ذلك.

نحن نقيس الوقت في اتجاه الفوضى المتزايدة لأننا نعيش في مرحلة التوسع ، وهي المرحلة التي تفضل الحياة الذكية. لن يكون ذلك ممكنا في مرحلة الانكماش ، لأن الحياة القادرة على قياس الوقت لن تكون ممكنة خلال مرحلة الانكماش. "

تماماً كما يبدو أن الإنتروبيا تزداد وبالتالي الوقت معها لأن الكون لا يزال في طوره التوسعي ، وهو المرحلة التي تفضل تنبت الحياة الذكية ، فإننا نختبر الكون في أربعة أبعاد فقط لأنه انتشار أربعة أبعاد فقط مواتية لبدء واستدامة الحياة الذكية.

لو كان الكون ثنائي الأبعاد ، لكانت الكائنات الحية غير قادرة على التحرك حول بعضها البعض. بدلاً من ذلك ، سيُطلب منهم التغلب على كائن حي آخر أو الانزلاق تحت واحد. إن الطرق المعقدة التي يتم فيها هضم الطعام وتكسيره أو توزيع الدم في جميع أنحاء أجسامنا كان من المستحيل تحقيقه في الأجسام ثنائية الأبعاد. نحن ، الأنواع الذكية التي تسأل عن سبب كون الكون بأربعة أبعاد ، ببساطة لن تكون موجودة.

(مصدر الصورة: إدوين أبوت أبوت / ويكيميديا ​​كومنز)

في الواقع ، فإن علم الأحياء نفسه ، حتى من أبسط النظام ، سوف يهلك ، لأن الأرض لن تكون قادرة على الدوران حول الشمس. تنخفض قوة الجاذبية أربع مرات عندما تتضاعف المسافة بين جسدين ، ولكن الانخفاض خمس مرات في خمسة أبعاد وستة أضعاف في ستة أبعاد. في عالم أبعاد أعلى ، قد لا تتمكن الأرض من تحقيق مدار مستقر حول الشمس ، وبالتالي ، سوف تتجمد حتى الموت.

ربما يكون ضغط الجاذبية والتوسع الغازي الذي شكل الشمس مختلفًا في الأبعاد الأعلى ، مقارنة بكيفية حدوثها في أربعة أبعاد. ربما تنهار الشمس نفسها قبل الأوان في حفرة سوداء إذا أردنا أن نتعامل مع قوانين الجاذبية. حتى الذرات ذات الأبعاد العالية ، وجد الفيزيائيون ، لن يتجمعوا ويكوّنوا جزيئات معقدة يمكن أن تشكل حياة معقدة في وقت لاحق.

لم تكن الحياة ممكنة بدون الشمس. (Photo Credit: Subham Dey)

واستشهد ستيفن هوكينج بالمبدأ الأنثروبي في كتابه " نبذة تاريخية عن الزمن" بينما كان يتأمل في الأبعاد الخاصة للغرب بشكل غريب. في حين أنه لا جدال فيه ، نحن نفهم الآن أنه لا يفسر سببها ، وهو ما تنشره الصحيفة في EPL. ومع ذلك ، لم يتم بعد التحقق من صحة الاقتراح.

إذا كان الأمر كذلك في نهاية المطاف ، يمكننا تجاوز هذا اللغز من قائمة طويلة من الألغاز الدائمة من جنسنا. سيكون هذا النوع من التأكيد مشجعا بشكل كبير للفيزيائيين ، لأنه سيمثل قفزة هائلة في سعينا لتوحيد القوى الأساسية الأربعة وفي نهاية المطاف فهمنا لكيفية ولادة الكون ، وكيف ينمو وأين يمكن أن يكون رأسه.