Je Kuna Vipimo Vilivyofichwa katika Ulimwengu? Sehemu ya 3: Mnara wa Graviton

Marekani - Shirika la Habari la Ekhbary

Je Kuna Vipimo Vilivyofichwa katika Ulimwengu? Sehemu ya 3: Mnara wa Graviton

Katika sehemu ya tatu ya uchunguzi wetu wa mipaka ya fizikia ya kinadharia, tunachunguza moja ya dhana za kuvutia zaidi katika kosmologia ya kisasa: vipimo vikubwa vya ziada. Kufuatia mawazo ya msingi yaliyowasilishwa katika Sehemu ya 1 na 2, chapisho hili linatanguliza jambo la "Mnara wa Graviton", dhana ambayo inaweza kuwa ufunguo wa uelewa wetu wa mvuto na ulimwengu mpana.

Ili kuelewa wazo hili tata, hebu tutumie mfano rahisi na dhahiri. Fikiria kuchukua karatasi na kuikunja kwa nguvu kuwa silinda. Urefu mrefu wa bomba hili unawakilisha vipimo vyetu vya kawaida na vya kila siku – vipimo vitatu vya anga ambavyo ulimwengu unajikunja kama tunavyoona. Upande uliokunjwa, hata hivyo, unawakilisha kipimo cha ziada. Kipimo hiki kinaweza kuwa kikubwa sana kwa viwango vya fizikia ya chembe, labda kama upana wa milimita. Kwa madhumuni ya majadiliano yetu, hii inachukuliwa kuwa saizi kubwa.

Sasa, fikiria kutuma chembe – hebu tutumie fotoni, chembe ya mwanga isiyo na uzito – kando ya urefu wa bomba hili la karatasi. Ikiwa ulimwengu ungekuwa umefungwa kwa kipimo kimoja, fotoni ingesafiri kando ya urefu wake kwa kasi ya mwanga, kama fotoni zinavyofanya. Hata hivyo, je, ikiwa fotoni hii ingepata kipimo cha ziada? Ikiwa ingeweza kuingiliana na kipimo hiki kilichokunjwa na kukipitia, njia yake ingekuwa ngumu zaidi kuliko mstari mmoja tu. Badala ya kusonga tu kando ya urefu, ingegeuka pia pande zote za kipimo cha ziada. Ingawa kasi yake ingebaki kuwa kasi ya mwanga, harakati yake ya jumla sasa ingejumuisha kipimo hiki kilichofichwa na cha ziada.

Kutoka kwa mtazamo wetu, tuliowekwa katika vipimo vya kawaida, vipimo hivi vya ziada vimejipinda sana – labda wewe ni mjanja sana katika kukunjwa karatasi – kwamba hatuwezi kuhisi harakati kamili ya fotoni inayozunguka. Tunaona tu harakati yake kando ya urefu mkuu. Kwa hiyo, itatuonekana kana kwamba fotoni inasafiri kwa kasi chini ya kasi ya mwanga, kwa sababu sehemu ya harakati yake imefichwa "katika vipimo ambavyo hatuwezi kuhisi moja kwa moja. Uchunguzi huu unaongoza kwa hitimisho muhimu: chembe yoyote ambayo inaonekana kusafiri polepole kuliko mwanga lazima iwe na uzito. Kwa hiyo, ikiwa fotoni zingeweza kufikia vipimo hivi vya ziada, zingefanya kama chembe za kawaida na zenye uzito. Hata hivyo, kwa kuwa fotoni zinaonekana kuwa hazina uzito, tunahitimisha kwamba haziwezi kufikia vipimo hivi vya ziada.

Lakini vipi kuhusu mvuto? Nguvu inayotawala muundo mkubwa wa ulimwengu unabaki kuwa moja ya mafumbo makuu ya fizikia. Ingawa bado hatuna nadharia kamili ya quantum ya mvuto, wanafizikia wanashuku sana kwamba nguvu ya mvuto inasimamiwa na chembe isiyo na uzito inayoitwa graviton. Hapa kuna paradokisi ya kuvutia: ikiwa graviton ingeingia "katika" vipimo hivi vya ziada, inaweza isionekane tena haina uzito kwetu. Kwa sababu ya jiometri maalum ya vipimo hivi vilivyokunjwa, inaweza kuonekana kuwa na uzito kutoka kwa mtazamo wetu ulio na kikomo.

Hapa ndipo mekanika ya quantum inapoingia kwenye picha, kama inavyopaswa kuwa tunapozingatia mawazo haya mazito. Quantum mechanics inasema kwamba kila chembe ina wimbi linalohusishwa nayo. Katika kipimo kirefu cha mfano wetu wa bomba la karatasi – kinachowakilisha vipimo vya kawaida vya uhalisia – graviton linaweza kinadharia kuwa na urefu wowote wa wimbi unaotaka; hakuna kikomo cha ndani. Hata hivyo, ndani ya kipimo kilichokunjwa na kilichokandamizwa, urefu wa wimbi lazima "utane”. Hii inamaanisha kuwa ni urefu wa wimbi maalum na tofauti tu ndizo zinazoruhusiwa – urefu mmoja kamili wa wimbi, mbili, tatu, na kuendelea, sawa na noti za muziki zinazofaa katika urefu wa kamba.

Kitendo cha kukandamiza mojawapo ya vipimo vya ulimwengu huweka athari ya quantum kwa chembe zozote zinazoweza kuifikia. Athari hii ya kuvutia husababisha chembe moja isiyo na uzito, ambayo vinginevyo ingesafiri kwa uhuru kupitia vipimo vyote, kugawanyika kwa ufanisi katika wigo wa chembe tofauti zenye uzito. Kila moja ya chembe hizi mpya inalingana na urefu wa wimbi unaoruhusiwa ambao unaweza kutoshea katika kipimo kilichokunjwa, sawa na noti tofauti zinazozalishwa na kamba ya gitaa. (Kumbuka: Mfano huu unatumiwa kwa madhumuni ya mfano tu na haimaanishi uhusiano wa moja kwa moja na nadharia ya kamba yenyewe.)

Matokeo yake yanashangaza: sio chembe chache tu, bali idadi isiyo na kikomo ya chembe, kila moja ikiwa na urefu wa wimbi na uzito wa kipekee. Wakati chembe ya asili inabaki kuwa kiumbe kimoja kisicho na uzito, mtazamo wetu ulio na kikomo – kutoweza kufuatilia njia yake kamili kupitia vipimo vya ziada – hutufanya tuone safu ya chembe zenye uzito. Jambo hili linajulikana kama "Mnara wa Graviton", au wakati mwingine "Mnara wa Kaluza-Klein", au "mnara" tu ikiwa mtu yuko haraka.

Muhimu zaidi, dhana ya Mnara wa Graviton hutupa zana ya uwezekano wa kuchunguza vipimo hivi vilivyofichwa. Ingawa huenda tusiweze kuziona moja kwa moja – bado tuko kama chungu kwenye sakafu, tunaona tu sehemu ndogo ya mpango mkuu – hizi "graviton za ziada" sasa zinaweza kuwepo kama chembe halisi. Zinazo uzito, huathiriana kwa safu maalum, huonyesha kasi, na zina muda wa maisha unaoweza kupimwa, zikionyesha sifa katika uhalisia wetu unaoonekana. Zaidi ya yote, gravitoni hizi zinaweza "kutoroka" kwenda kwa vipimo vya ziada, kama vile mtu anavyomwaza mhalifu akitoweka katika kishaufu cha hadithi za uwongo za kisayansi. Wakati tunafikiri tumemkamata adui, anapotea katika kipimo kingine.

Kwa uwazi wa istilahi, kuathiriwa na mifumo ya kinadharia kama nadharia ya kamba, ulimwengu wetu wa kawaida mara nyingi hurejelewa kama "brane" (kama utando), wakati vipimo vya ziada vinadhaniwa kama "bulk" au nafasi inayozunguka.

Mnara wa Graviton unatoa njia ya kushawishi, ingawa ya moja kwa moja, ya kupima kinadharia za mvuto wa quantum na kutafuta ushahidi wa vipimo vya ziada. Chembe hizi zenye uzito zinazoonekana kuwa tofauti, zilizozaliwa kutoka kwa kiumbe kimoja kisicho na uzito, zinaweza kuwa ishara inayoonekana tunayotafuta ili kufunua mafumbo ya kina zaidi ya ulimwengu.

Shirika la Habari la Ekhbary