มีกี่มิติกันแน่?
เว็บสล็อต ในปี พ.ศ. 2427 มีหนังสือเล่มเล็ก ๆ ที่น่าสนใจชื่อ Flatland เขียนโดย Edwin Abbott นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ เขาถูกกำหนดให้กลายเป็นผู้เยาว์คลาสสิก มันอธิบายโลกของสิ่งมีชีวิตสองมิติ – ตัวตนของรูปทรงต่าง ๆ ที่ ‘ขึ้น’ และ ‘ลง’ ไม่มีความหมาย หนังสือเล่มนี้อธิบายประสบการณ์ที่ทำให้งงงวยเมื่อนำเสนอด้วยกระบวนการสามมิติที่เจาะจักรวาลของพวกเขา นอกเหนือจากคุณค่าด้านความบันเทิงแล้ว Flatland ยังให้ความรู้แก่ผู้อ่านเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่โลกสามมิติของเราอาจเป็นเพียง ‘ชิ้น’ หรือส่วนในพื้นที่มิติที่สูงกว่าซึ่งถูกจำกัดการเข้าถึง นั่นคือ อาจมีทิศทางในอวกาศ ซึ่งเราไม่สามารถมองเห็นหรือเคลื่อนผ่านไปได้ ซึ่งชี้ไปที่มุมฉากกับทิศทางตั้งฉากที่คุ้นเคย (ละติจูด ลองจิจูด และระดับความสูง) ข้อความพื้นฐานของ Flatland คือเพียงเพราะเราไม่สามารถนึกภาพขนาดที่สูงขึ้นได้ ไม่ได้หมายความว่าไม่มีอยู่จริง
นักคณิตศาสตร์รู้มานานแล้วว่าช่องว่างที่มีมากกว่าสามมิตินั้นสมเหตุสมผลทั้งทางตรรกะและทางคณิตศาสตร์ อันที่จริงพวกมันถูกใช้เป็นเครื่องมือคำนวณทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเป็นประจำ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทฤษฎีฟิสิกส์พื้นฐานบางทฤษฎีได้ตั้งสมมติฐานว่ามิติเพิ่มเติมของอวกาศมีอยู่จริงในโลกทางกายภาพ Warped Passages อธิบายเหตุผลเบื้องหลังการกล่าวอ้างที่ดูฟุ่มเฟือยนี้
เช่นเดียวกับภาพวาดของแจ็คสัน พอลลอค หนังสือวิทยาศาสตร์เฉพาะทางสามารถมอบประสบการณ์ทางวัฒนธรรมที่คุ้มค่า เครดิต: THE ART ARCHIVE/GALLERIA D’ARTE MODERNA MILAN/DAGLI ORTI
มีสองวิธีที่แตกต่างกันซึ่งมิติหนึ่งหรือหลายมิติอาจถูกปกปิดจากประสาทสัมผัสของเรา พวกเขาสามารถม้วนให้เป็นขนาดที่เล็กมากได้เช่นเดียวกับสายยางสวนซึ่งดูเหมือนเส้นหยักจากระยะไกลเมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดจะเป็นแผ่นสองมิติที่รีดเป็นท่อบาง ๆ แนวคิดที่ว่าสิ่งที่เรามองว่าเป็นจุดในอวกาศนั้นในความเป็นจริงแล้ว วงกลมเล็กๆ รอบมิติที่สี่มีขึ้นตั้งแต่ช่วงปี ค.ศ. 1920 ในการจัดทำคำอธิบายเชิงเรขาคณิตแบบครบวงจรของความโน้มถ่วงและแม่เหล็กไฟฟ้าตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ทุกวันนี้ นักฟิสิกส์มีความทะเยอทะยานมากขึ้นและพยายามรวมพลังแห่งธรรมชาติทั้งหมด รวมทั้งกำลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอและแข็งแกร่ง เข้าไว้ในแผนงานใหญ่ที่รวมเป็นหนึ่งเดียว ทฤษฎีสตริงผู้สมัครที่มีแนวโน้มมากที่สุด อธิบายสสารทั้งหมดว่าเป็นวงเล็ก ๆ ของสตริงที่สั่นสะเทือนในกาลอวกาศสิบมิติ ซึ่งหกมิติจะถูกม้วนขึ้นในรูปทรงที่ซับซ้อน
อีกวิธีหนึ่งในการบรรลุมิติพิเศษ
ที่ซ่อนอยู่ของอวกาศคือสมมติว่าสิ่งกีดขวางแรงทางกายภาพบางประเภท จำกัด สสารปกติทั้งหมดพร้อมกับแสงที่เราเห็นโลกไปยัง ‘เมมเบรน’ สามมิติที่ฝังอยู่ในสี่มิติ ‘จำนวนมาก’ Lisa Randall ผู้เขียน Warped Passages เป็นผู้เชี่ยวชาญในทฤษฎี ‘brane’ ซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นผลพลอยได้จากทฤษฎีสตริง
ความคิดที่แปลกประหลาดเหล่านี้จะเป็นการเก็งกำไรที่ไร้จุดหมาย เว้นแต่จะมีวิธีใดที่มิติพิเศษจะแสดงออกมา ทฤษฎีสตริงทำนายว่าเมื่อพลังงานสูงถึงพันล้านพันล้านเท่าของพลังงานที่เครื่องเร่งอนุภาคได้รับ สิ่งที่สังเกตได้จะเกิดขึ้นกับสตริงในมิติที่ม้วนขึ้น ทฤษฎีเบรนมีความต้องการน้อยกว่า มีการคาดคะเนว่า Large Hadron Collider (LHC) ซึ่งขณะนี้กำลังสร้างขึ้นที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ของ CERN ใกล้เจนีวา อาจเผยให้เห็นร่องรอยของมิติอวกาศที่สี่ นี่เป็นเพราะว่าแรงโน้มถ่วงไม่ได้จำกัดอยู่ที่ branes แต่รั่วไหลออกมาเป็นกลุ่ม ทฤษฎีบางฉบับคาดการณ์ว่าด้วยเหตุนี้ หลุมดำขนาดเล็กและรูหนอนอาจถูกสร้างขึ้นจากการชนกันด้วยความเร็วสูงระหว่างโปรตอนของ LHC กับแอนติโปรตอน
แรนดัลล์ต้องเผชิญกับข้อเท็จจริงที่น่าอึดอัดที่ต้องเผชิญหน้ากับผู้เขียนส่วนใหญ่ที่จัดการกับแนวคิดอันกว้างไกลของการรวมเป็นหนึ่งเดียวในฟิสิกส์พื้นฐาน หมุดของหนังสือ – ความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของมิติพิเศษในอวกาศ – ง่ายพอที่จะอธิบาย แต่การจูงใจการคาดเดานั้นจำเป็นต้องมีการทัวร์ชมหัวข้อที่ยากที่สุดและเป็นนามธรรมที่สุดในวิทยาศาสตร์ ในการที่จะทำให้กรณีของเธอมีมิติที่สูงขึ้น อันดับแรกแรนดัลล์ต้องอธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปด้วยแนวคิดของกาลอวกาศที่บิดเบี้ยว จากนั้นเธอจำเป็นต้องกำหนดแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคด้วยการเพิ่มจำนวนที่สร้างความสับสนให้กับวัตถุย่อย เช่น ควาร์ก เลปตอน โบซอนประเภทต่างๆ และรายละเอียดของแรงที่กระทำระหว่างพวกมัน จากนั้น เธอต้องเข้าสู่หัวข้อลึกลับ เช่น การทำลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง ศักย์ไฟฟ้าของฮิกส์ และสมมาตรยิ่งยวด เนื่องจากฟิสิกส์การรวมเป็นหนึ่งนั้นถูกกำหนดขึ้นในแง่ของกลศาสตร์ควอนตัม—หรือมากกว่านั้น ทฤษฎีควอนตัมของสนาม ซึ่งเป็นการขยายที่มีความต้องการมากกว่านั้นมาก—ซึ่งจะต้องครอบคลุมด้วยเช่นกัน แรนดัล เว็บสล็อต
