بعد رابع
البعد الرابع :
يعرف أن في الكون ثلاثة أبعاد: البعد السيني، البعد الصادي والبعد العيني. ولكن هل هناك أبعاد أكثر من هذه الأبعاد الثلاثة التي ألفناها؟ نحن نعرف أن المتجه إذا كان على صورة < س، ص > فهو متجه ثنائي أبعاد, وإذا كان على صورة < س، ص, ع > فهو متجه ثلاثي أبعاد. والمتجه < س، ص, ع > هو المتجه الذي بدايته نقطة الأصل (0,0,0) ونهايته النقطة (س, ص, ع). لكن ماذا لو أعينا متجها بالصورة < س, ص, ع, ط > وهل البعد ط موجود حقا؟ أم أن الكون مؤلف من فقط ثلاثة أبعاد؟ لا
الجواب: نعم, هناك بعد رابع, ولنسميه ط. وهذا البعد قد يكون زماني وقد يكون مكاني.
القطعة المستقيمة عبارة عن مجموعة نقاط مصفوفة على بعد واحد. والأجسام الثنائية الأبعاد كالمثلث والمربع والدائرة تتألف من مجموعة قطع مستقيمة وكل هذه الأجسام تعيش في عالم ثنائي الأبعاد وترى بعضها البعض كخطوط مستقيمة. فهي تألف البعد السيني والصادي وتبرمج عقلها على أن الكون مؤلف من بعدين فقط. وتستطيع التحرك يميناً ويساراً, وشمالاً وجنوباً. لكنها لا تستطيع أن تتحرك, ولا أن تتخيل, الاتجاه الأعلى والأسفل. فتذهب للمدرسة ويشرح له مدرس الهندسة الرياضية, وهو أيضا جسم ثنائي الأبعاد, عن المستقيمات والمتجهات والأجسام ذات البعدين < س، ص > فتألف المادة وتبدع فيها. لكن إذا وصلوا في مادة الهندسة الرياضية إلى المتجه ذي الثلاثة أبعاد < س, ص, ع > فإنه لا يستطيع أن يتخيله ولا يستطيع أن يراه, رغم أ نه موجود. ولا يسعه تخيل الأجسام ذات الثلاثة أبعاد مثل المكعبات والأهرام والكرات, ولا يستطيع أن يراها. والمكعبات والأهرام والكرات عبارة عن أجسام تتكون من عدة شرائح ثنائية الأبعاد.
وإذا زار الجسم الثلاثي الأبعاد العالم الثنائي الأبعاد, فإن الأجسام ثنائية الأبعاد لا تستطيع أن تراه ولا حتى أن تتخيله. وإذا مر جسم ثلاثي أبعاد واخترق المستوي الذي يعيشون فيه فإنهم فقط سيرون شريحة واحدة فقط من الشرائح المكونة له وهي انعكاس الجسم ثلاثي الأبعاد على العالم ثنائي الأبعاد وهذا الانعكاس ثنائي الأبعاد أيضاوتراه الأجسام الأخرى كخط مستقيم.
والشيء نفسه ينطبق علينا, نحن أجسام مكونة من ثلاثة أبعاد ونألف الأبعاد الثلاثة السينية والصادية والعينية. ونرى انعكاسات الأجسام الثلاثية الأبعاد والتي هي ثنائية أبعاد.
ولكننا لا نألف بعداً رابعاً. ولا نستطيع أن نتخيل الأجسام ذات الأربعة أبعاد لكننا نستطيع أن نرى انعكاسها على عالمنا الثلاثي الأبعاد. وكما أن العالم الثلاثي الأبعاد عبارة عن مجموعة عوالم ثنائية الأبعاد (مستويات) متراصة فوق بعضها البعض, فإن العالم الرباعي الأبعاد عبارة عن مجموعة عوالم ثلاثية الأبعاد فوق وجنب وخلف بعضها البعض. وهذه أشكال انعكاسات جسيم الرباعي الأبعاد في العالم ثلاثي الأبعاد.
الحديث عن مفهوم البعد الرابع إنما هو فلسفات, وإن كانت منطقية. ولا يوجد أي إسناد علمي أو معادلات رياضية جبرية تؤيد مفهوم البعد الرابع.
لكن نظرية الأوتار, التي تقول أن المادة مكونة من أوتار صغيرة من الطاقة, والتي تعتبر القوى الكهرومغناطيسية والجاذبية كقوى واحدة, تنطوي على وجود أحد عشر بعداً (البعد السيني والبعد الصادي والبعد العيني إضافة إلى الزمن وسبعة أبعاد أخرى). هذه النظرية لا زالت في مرحلة التطوير ولم تثبت بعد.
نظرية الأوتار تقول أن عالمنا المكون من ثلاثة أبعاد متجاور مع عوالم مشابهة أخرى وهذا ما يكون البعد الرابع, كما أنا عالمنا ثلاثي الأبعاد يتكون من عوالم لا نهائية ثنائية الأبعاد.
يأمل القائمون على نظرية الأوتار أن يتوصل تقدم العلم إلى إثبات النظرية. تثبت النظرية عن طريق تسريع جزيئين صغيرين (بروتونين) وعند تصادمهما ببعضهما سينتج عن هذا الاصطدام جزيئات أصغر من ضمنها الجسيم الافتراضي الذي أطلق عليه اسم غرافيتون, Graviton. الغرافيتون عبارة عن جسيم افتراضي يتأثر بالجاذبية وله خاصية وهو التنقل بين العوالم ثلاثية الأبعاد. فإذا اصطدم بروتونين ونتج عن الاصطدام خروج الغرافيتون فإن ذلك سوف يثبت وجود البعد الرابع.
اثبتت التجارب العلمية خاصة تلك المتعلقة بمعادلة انتشار الامواج انه لابد ان يكون الزمن بعد رابع لتفسير تلك المعادلة ولاننسى ان معادلة انتشار الامواج هي اصل معادلة شرودينغر التي اثارت ضجة في ميكانيك الكم .
اذن المكان والزمان هما اصل لمعلم واحد رباعي الابعاد يسمى معلم مينكوسكي زمكان .
في هذا المعلم كل متغير فزيائي يشتق بدلالة الابعاد الاربعة وليس فقط بدلالة الزمن كما كان معرفا في قوانين الميكانيك الكلاسيكي . كذلك في هذا المعلم الطاقة الحركية وزخم الحركة لهما اصل واحد وهو مقدار شعاعي رباعي الابعاد بعده الزماني هو الطاقة الحركية والمكاني هو زخم الحركة .وهكذا فهذا المفهوم ينطبق على الكثير من المقادير الفزيائية .
كما ان لكل مقدار فزيائي مرافق في هذا المعلم (هذا اذا علمت ان اي قيمة في هذا المعلم هي قيمة مركبة من الزمان والمكان ) فمثلا الحجم هو مرافق الضغط و التيار هو مرافق الكمون ...والجداء بين مقدار فزيائي ومرافقه يعطي مقدار حقيقي طاقوي.