همشهری آنلاین، فرخنده رفائی: ما جهان را در سه بعد مکانی تجربه می‌کنیم؛ می‌توانیم به جلو و عقب، چپ و راست و بالا و پایین حرکت کنیم، اما زمان فقط در یک جهت پیش می‌رود. با وجود آشنایی ما با این ساختار چهاربعدی، هنوز پاسخ قطعی برای این پرسش وجود ندارد که چرا جهان دقیقا سه بعد مکانی و یک بعد زمانی دارد. پژوهشی تازه حالا احتمال می‌دهد که پاسخ این معما نه در قوانین شناخته‌شده فیزیک، بلکه در هندسه اجزای بنیادی تشکیل‌دهنده فضا و زمان نهفته باشد.
به گزارش ساینس‌آلرت، سه فیزیکدان از دانشگاه بلگراد در صربستان، با استفاده از یک مدل ریاضی مرتبط با گرانش کوانتومی، ساختارهای هندسی گوناگونی را شبیه‌سازی کردند تا ببینند آیا از کنار هم قرار گرفتن اجزای بنیادی می‌توان ساختاری مشابه فضا و زمان جهان ما به وجود آورد یا نه.
جهان از قطعات هندسی ساخته شده است؟
پژوهشگران در این مدل، جهان را مجموعه‌ای از اجزای هندسی به نام «سیمپلکس» در نظر گرفتند. این اجزا در ابعاد مختلف به یکدیگر متصل می‌شوند؛ از رأس‌های بدون بعد و یال‌های یک‌بعدی گرفته تا مثلث‌های دوبعدی، چهاروجهی‌های سه‌بعدی و اجزای چهاربعدی. سپس طول یال‌های این ساختارها را به‌صورت تصادفی تغییر دادند تا ببینند چه نوع هندسه‌ای از ترکیب آنها شکل می‌گیرد.
این شبیه‌سازی بر پایه مدلی ساده‌شده از گرانش کوانتومی انجام شد؛ حوزه‌ای از فیزیک که تلاش می‌کند گرانش را با قوانین مکانیک کوانتومی سازگار کند و هنوز پرسش‌های حل‌نشده بسیاری دارد. محققان همچنین سه نوع آرایش هندسی متفاوت را بررسی کردند: ساختاری شبیه یک کره چهاربعدی، ساختاری با مرز و مجموعه‌ای از اجزای جدا از هم.
در مجموع، بیش از ۲۰ میلیارد ارزیابی در این آزمایش‌ها انجام شد.
سه بعد مکانی و یک بعد زمانی چگونه پدید آمدند؟
نتیجه شبیه‌سازی‌ها شگفت‌انگیز بود. در حدود ۸۵ درصد از آزمایش‌هایی که یال‌های هندسی آنها با فاصله‌های مکانی مدل‌سازی شده بودند، ساختار نهایی به الگویی با سه بعد مکانی و یک بعد زمانی رسید؛ همان ساختاری که در جهان واقعی تجربه می‌کنیم.
در حدود ۶ درصد از آزمایش‌ها، جهانی با چهار بعد مکانی و بدون بعد زمانی شکل گرفت؛ حالتی که در آن زمان وجود ندارد. حدود ۸ درصد از نتایج نیز به ساختاری با دو بعد مکانی و دو بعد زمانی منتهی شد.
بیشتر بخوانید:
- ساعت عجیبی که زمان کیهانی را هم نشان می‌دهد | شاهکار مکانیکی لگو دانشمندان را شگفت‌زده کرد
- مرگ غیرمنتظره‌تر، «بازگشت» سریع‌تر؟ | محققان در پرونده‌های مدعی تناسخ الگویی عجیب یافتند
- دانشمندان ابزاری ساختند که می‌تواند زمان مرگ را برآورد کند
یکی از نکات غیرمنتظره این بود که برای رسیدن به ساختار آشنای فضا و زمان، لزوما نیازی به تعریف جداگانه اجزای زمانی در مدل نبود. حتی وقتی یال‌ها فقط ویژگی‌های مکانی داشتند، هندسه حاصل در بسیاری از موارد به ساختاری با یک بعد زمانی می‌رسید.
همچنین شکل کلی آرایش اجزای هندسی تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر نتیجه نداشت؛ چه اجزا در ساختاری شبیه کره قرار می‌گرفتند و چه به‌صورت مجموعه‌ای پراکنده بودند، الگوی سه بعد مکانی و یک بعد زمانی همچنان غالب بود.
البته این یافته به معنای کشف منشأ قطعی زمان نیست. پژوهشگران هنوز باید بررسی کنند که افزودن قوانین فیزیک و سازوکارهای پیچیده‌تر چه تغییری در نتایج ایجاد می‌کند. با این حال، مطالعه جدید این احتمال را مطرح می‌کند که ساختار فضا و زمان ویژگی‌ای بنیادی و از پیش تعیین‌شده نباشد، بلکه از هندسه اجزای کوانتومی در مقیاس‌های بسیار کوچک پدیدار شود.