فیزیکدان “گونتر کلتچکا” با افزودن سه محور مستقل زمانی به معادلات خود، توانسته جرمهای شناختهشدهی ذرات را بازتولید کند، ارتباط علّی (یعنی تقدم علت بر معلول) را حفظ نماید و مسیر جدیدی بهسوی اتحاد مکانیک کوانتومی با گرانش را نمایان سازد. اگر این نظریه در آزمایشها تأیید شود، مفهوم «زمان سهبعدی» میتواند بنیاد فهم ما از واقعیت را از نو بنویسد.
زمان بهصورت سه بعد مستقل
تصور کنید جهانی وجود دارد که در آن، زمان صحنهی اصلی رخدادهای واقعیت باشد. نظریهای جدید کلتچکا، پژوهشگر دانشگاه آلاسکا در فربنکس، پیشنهاد میکند که تمام رویدادهای فیزیکی تنها در بستر زمان رخ میدهند و زمان دارای سه بُعد مستقل است. در این دیدگاه، فضا پدیدهای ثانویه و حاصلِ زمان به شمار میرود.
یک چارچوب جسورانهی جدید پیشنهاد میدهد که زمان، نه یک رشتهی خطی تنها، بلکه یک بوم سهبعدی است که فضا خود از آن پدید میآید.
فیزیک دان “کلتچکا” میگوید: «این سه بُعد زمانی، ساختار اصلی همه چیز را تشکیل میدهند؛ مانند بومی که یک نقاشی روی آن کشیده میشود. فضا با وجود داشتن سه بُعد، بیشتر شبیه رنگهایی است که روی این بوم پاشیده میشوند، نه خودِ بوم.»
به چالش کشیدن مفهوم کلاسیک فضا-زمان
این دیدگاه در تضاد کامل با نظریهی کلاسیک فضا-زمان اینشتین است، نظریهای که یک بُعد زمان و سه بُعد فضا را بهعنوان یک کل واحد در نظر میگیرد. اما در نظریهی کلتچکا، این سه بُعد زمانی با ابعاد فضایی ترکیب شده و مجموعاً یک جهان ششبعدی را تشکیل میدهند.
هرچند تصور ابعاد اضافهی زمان برای ذهن دشوار است، اما نظریههای مختلفی از سوی فیزیکدانان پیشین دربارهی زمان چندبُعدی ارائه شدهاند. آنچه نظریهی این فیزیکدان را متمایز میسازد، توانایی آن در بازتولید ویژگیهای فیزیکی قابل اندازهگیری مانند جرم ذرات است – ویژگیای که نظریهاش را قابل آزمون میسازد.
چارچوب قابل آزمایش برای زمان سهبعدی
این پژوهش که اخیراً در نشریهی Reports in Advances of Physical Science منتشر شده، بخشی از یک جریان پژوهشی طولانیمدت در فیزیک نظری است که اغلب خارج از جریان غالب علم قرار دارد. “کلتچکا” مینویسد چارچوب ریاضیاتی او نسبت به نظریههای پیشین زمان سهبعدی برتری دارد، چرا که میتواند ویژگیهای فیزیکی شناختهشده مانند جرم ذرات را بازتولید کند.
او میگوید: «نظریههای قبلی بیشتر ساختارهای ریاضیاتی بودند که ارتباطی با مشاهدات تجربی نداشتند. اما کار من این مفهوم را به یک نظریهی فیزیکی قابل آزمون با مسیرهای گوناگون برای راستیآزمایی تجربی تبدیل کرده است.» بر این اساس، این چارچوب میتواند در پیشبینی ویژگیهای ناشناختهی ذرات و بررسی منشاء جرم آنها مفید باشد که این موضوع یکی از بزرگترین پرسشهای علم فیزیک به شمار میرود.
زمان سهبعدی چگونه کار میکند؟
در این نظریه، “زمان” درست مانند “فضا” دارای چند جهت مستقل است. معمولاً این حالت بهصورت سه محور زمانی تصور میشود که شبیه محورهای فضایی X، Y و Z هستند. تصور کنید در یک مسیر مستقیم در حال حرکت هستید؛ با حرکت به جلو، زمان را همانطور که میشناسیم تجربه میکنید. حالا تصور کنید یک مسیر دیگر از کنار این مسیر عبور میکند، مسیری که به صورت افقی از مسیر اول میگذرد.
اگر بتوانید روی آن مسیر کناری قدم بگذارید و در همان لحظهی زمانی “معمولی” باقی بمانید، ممکن است متوجه شوید که شرایط کمی متفاوت هستند – مثلاً نسخهای دیگر از همان روز را ببینید. حرکت در امتداد این مسیر دوم که عمود بر مسیر اول است، شاید به شما امکان دهد که نتایج متفاوتی از آن روز را تجربه کنید، بدون اینکه در زمان به جلو یا عقب بروید، آنگونه که ما معمولاً درک میکنیم.
حل مسئلهی علیت و انرژی
بُعد دوم زمان نشاندهندهی وجود همان نسخههای متفاوت یک لحظه است. و بُعد سوم راهی است برای حرکت و گذار میان آن نسخهها. “کلتچکا” میگوید نظریهاش برخی از مشکلات نظریههای قبلی دربارهی زمان سهبعدی را حل کرده؛ از جمله ابهام در روابط علت و معلول.
در برخی از نظریههای قبلی، ابعاد متعدد زمان میتوانستند باعث شوند که علت و معلول جابهجا شوند. اما “کلتچکا” میگوید در چارچوب او، علیت همچنان حفظ میشود – فقط در ساختاری ریاضیاتی پیچیدهتر. برخی پژوهشگران، از جمله فیزیکدان نظری “ایتزاک بارز” از دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، معتقدند که ابعاد دوم و سوم زمان، در شرایط انرژی بسیار بالا (مثل آغاز جهان یا برخورد ذرات پرانرژی) قابل مشاهده میشوند.
به سوی نظریهی همهچیز
تلاش برای نظریهی زمان سهبعدی به باور بارز و دیگر فیزیکدانان، میتواند راهی برای پاسخ به پرسشهای بنیادی علم فیزیک باشد. “کلتچکا” معتقد است نظریهی او میتواند حتی به حل بزرگترین چالش فیزیک یعنی وحدت مکانیک کوانتومی و گرانش کمک کند؛ یعنی یافتن نظریهای که رفتار ذرات در کوچکترین مقیاسها را با نیروی گرانش ترکیب کند.
چنین نظریهای ممکن است تبدیل به نظریهی جامع جهان شود – «نظریهی همهچیز» – که بتواند چهار نیروی بنیادی طبیعت یعنی نیروی الکترومغناطیس، نیروی هستهای قوی، نیروی هستهای ضعیف و گرانش را با هم متحد سازد.
پیوند دادن جرم و گرانش
مدل استاندارد فیزیک ذرات، سه نیروی اول را در خود جای داده است، اما گرانش فقط در چارچوب نظریهی نسبیت عام اینشتین توضیح داده میشود. این دو با هم ناسازگارند، و همین موضوع سالهاست که فیزیکدانان را بهدنبال یک نظریهی متحد کشانده است. کلتچکا باور دارد نظریهی او میتواند در این مسیر نقش داشته باشد. چارچوب او جرم ذراتی مثل الکترون، میون و کوارکها را بهدرستی بازتولید میکند و توضیح میدهد که چرا این ذرات دارای چنین جرمهایی هستند.
او میگوید: «مسیر رسیدن به وحدت ممکن است نیازمند بازنگری بنیادی در ذات واقعیت فیزیکی باشد. این نظریه نشان میدهد که نگاه به زمان بهعنوان ساختاری سهبعدی، میتواند بهطور طبیعی معماهای متعددی در فیزیک را در قالب یک چارچوب ریاضی منسجم حل کند.»
