هل توجد أبعاد خفية للكون؟ الجزء الثالث: برج الجرافيتون

الولايات المتحدة - Ekhbary News Agency

هل توجد أبعاد خفية للكون؟ الجزء الثالث: برج الجرافيتون

في الجزء الثالث من سلسلتنا الاستكشافية لعوالم الفيزياء النظرية، نتعمق في أحد أكثر المفاهيم إثارة للفضول في علم الكونيات الحديث: الأبعاد الإضافية الكبيرة. بعد استيعاب الأفكار الأولية من الجزأين السابقين، نقدم اليوم مفهوم "برج الجرافيتون"، وهو ظاهرة قد تكون حجر الزاوية في فهمنا لطبيعة الجاذبية وكيفية تفاعلها مع الأبعاد التي قد لا ندرك وجودها.

لنفكر في الأمر بتشبيه بسيط وملموس. تخيل أنك تلف قطعة من الورق لتشكل أسطوانة ضيقة. الطول الأساسي للأسطوانة يمثل الأبعاد الثلاثة المألوفة التي نعيشها وندركها - الأبعاد التي يحدث فيها كل شيء في الكون كما نعرفه. أما الجانب الملفوف، فهو يمثل بعدًا إضافيًا، قد يكون كبيرًا نسبيًا، ربما يصل إلى جزء من المليمتر. في عالم الجسيمات دون الذرية، يعتبر هذا البعد "ضخمًا" بشكل لا يصدق.

الآن، تخيل أنك ترسل جسيمًا، مثل الفوتون، وهو جسيم عديم الكتلة، ليتحرك على طول هذه الأسطوانة. لو كان الكون مجرد بعد واحد، لكان الفوتون يسير بسرعة الضوء، وهو سلوكه المعتاد. ولكن، ماذا لو كان هذا الفوتون قادرًا على استكشاف البعد الإضافي؟ لو كان بإمكانه السفر عبر هذا البعد الملفوف، فإن مساره لن يكون مجرد حركة مستقيمة على طول الأسطوانة. بدلًا من ذلك، سيبدأ في الدوران حول هذا البعد الإضافي، بالتوازي مع حركته الطولية. سيظل يتحرك بسرعة الضوء، لكن جزءًا من حركته سيتم توجيهه نحو استكشاف هذا البعد المخفي.

من منظورنا، نحن الذين لا ندرك هذا البعد الإضافي - ربما لأنه ملتف بإحكام شديد، مثلما قد يكون الورق ملفوفًا بإتقان استثنائي - فإننا لا نرى الحركة الكاملة للفوتون وهو يدور. ما نلاحظه فقط هو الحركة على طول البعد الطويل. ونتيجة لذلك، يبدو لنا أن الفوتون يتحرك بسرعة أقل من سرعة الضوء، لأن جزءًا من طاقته الحركية "مُخبأ" في أبعاد لا يمكننا رؤيتها. هذه الملاحظة تقودنا إلى استنتاج مهم: أي جسيم يبدو أنه يتحرك أبطأ من الضوء يجب أن يمتلك كتلة. وبالتالي، لو كان الفوتون قادرًا على الوصول إلى الأبعاد الإضافية، لكان سيتصرف كجسيم عادي ذي كتلة. لكننا نعلم أن الفوتون عديم الكتلة، مما يدفعنا للاعتقاد بأنه لا يصل إلى هذه الأبعاد الإضافية.

ولكن ماذا عن الجاذبية؟ إنها القوة التي تشكل الكون على نطاق واسع، ورغم أننا لا نمتلك نظرية كمومية كاملة للجاذبية بعد، إلا أننا نعتقد بقوة أن القوة الجاذبية تُحمَل بواسطة جسيم عديم الكتلة يُدعى "الجرافيتون". هنا تكمن المفارقة المثيرة للاهتمام: إذا تسرب الجرافيتون إلى هذه الأبعاد الإضافية، فإنه سيبدأ في التصرف بشكل مختلف. بسبب هندسة هذه الأبعاد الملتفة، قد يبدو لنا أنه يكتسب كتلة، على الرغم من أنه في جوهره لا يزال عديم الكتلة.

وهنا يأتي دور ميكانيكا الكم، التي لا غنى عنها عند التعامل مع هذه الأفكار الجريئة. تنص ميكانيكا الكم على أن لكل جسيم طبيعة موجية مصاحبة. في البعد الطويل (الذي يمثل أبعادنا المعتادة)، يمكن للجرافيتون أن يمتلك أي طول موجي يريده، فلا يوجد ما يحد من ذلك. لكن في البعد الملتف والمضغوط، يجب أن تتناسب الأطوال الموجية مع حجم هذا البعد. يمكن أن يحتوي البعد الملتف على طول موجي واحد كامل، أو اثنين، أو ثلاثة، وهكذا، تمامًا مثلما يجب أن تتناسب موجات الصوت مع طول آلة موسيقية.

إن عملية "لف" أحد أبعاد الكون تخلق تأثيرًا كميًا على أي جسيمات يمكنها الوصول إليه. هذا التأثير "الغريب" يؤدي إلى انقسام الجسيم الواحد الذي كان عديم الكتلة ويرغب في التحرك بحرية عبر الأبعاد الإضافية، إلى عدد من الجسيمات المختلفة ذات الكتلة. كل جسيم من هذه الجسيمات يتوافق مع طول موجي معين يمكن أن يتناسب مع البعد الملتف، أشبه بالنغمات المختلفة التي يمكن إنتاجها على وتر جيتار.

وليس مجرد عدد قليل من الجسيمات، بل قد يكون هناك عدد لا نهائي منها! كل جسيم له طول موجي وكتلة مختلفان. على الرغم من أن الجسيم الأساسي لا يزال واحدًا وعديم الكتلة، فإن منظورنا المحدود - حيث لا يمكننا تتبع حركته الكاملة في الأبعاد الإضافية - يجعلنا نرى ما يبدو وكأنه عدد لا نهائي من الجسيمات ذات الكتل المختلفة.

هذه الظاهرة تُعرف باسم "برج الجرافيتون"، أو "برج كالوزا-كلاين"، أو ببساطة "البرج" لمن هم في عجلة من أمرهم. الأهم من ذلك، أن هذا المفهوم يمنحنا أداة قوية للنظر إلى الأبعاد الإضافية للكون. قد لا يكون ذلك مباشرًا - فنحن لا نزال كالنمل الصغير على الأرض نبحث عن الفتات - لكن هذه "الجرافيتونات الإضافية" يمكن أن توجد كجسيمات حقيقية. تمتلك كتلة، ونطاقًا، وسرعات، وفترات حياة، وخصائص يمكن قياسها في عالمنا الواقعي.

والأهم من ذلك، أن هذه الجرافيتونات قادرة على "الانزلاق" إلى الأبعاد الإضافية، تمامًا كما يتخيل المرء بطلًا خارقًا يهرب في فيلم خيال علمي رديء. عندما نكون على وشك القبض على شرير عظيم، يختفي فجأة في بعد آخر. هذا هو بالضبط ما يمكن أن تفعله الجرافيتونات في هذا النموذج. للإشارة إلى المصطلحات، غالبًا ما يُشار إلى كوننا المألوف باسم "الغشاء" (brane)، في إشارة إلى الغشاء، وليس الدماغ، بينما تشير الأبعاد الإضافية إلى "الفضاء" الخارجي.

إن فهم برج الجرافيتون يفتح الباب أمام احتمالات جديدة لتجريب نظريات الجاذبية الكمومية واختبار وجود الأبعاد الإضافية. قد تكون هذه الجسيمات المتعددة، التي تبدو لنا كظلال لجسيم واحد، هي الدليل الملموس الذي نبحث عنه لفك ألغاز الكون الأوسع.

Ekhbary News Agency