Spațiul multidimensional: concept, esență, teorie

Una dintre marile provocări ale fizicii teoretice actuale este de a găsi un răspuns la întrebarea dacă există dimensiuni superioare. Spațiul constă cu adevărat doar din lungime, lățime și înălțime sau este doar o limitare a percepției umane?? Timp de mii de ani, oamenii de știință au respins cu tărie ideea că spațiul multidimensional există. Cu toate acestea, revoluția științifică și tehnologică s-a schimbat mult, iar astăzi știința nu mai este atât de categorică în privința dimensiunilor superioare.

Care este esența conceptului "spațiu multidimensional"?

Oamenii trăiesc într-o lume cu trei dimensiuni. Coordonate a oricărui obiect poate fi exprimată în trei dimensiuni. Și uneori două, dacă vorbim despre, că există.. ...pe suprafața Pământului...

Lungimea, lățimea și înălțimea pot fi folosite pentru a descrie atât obiecte terestre, cât și corpuri cerești - planete, stele și galaxii. Suficient pentru lucrurile care populează microcosmosul - molecule, atomi și particule elementare. A patra dimensiune este timpul...

Într-un spațiu multidimensional, ar trebui să existe cel puțin cinci dimensiuni. Fizica teoretică modernă a dezvoltat numeroase teorii pentru spații de diferite dimensiuni - până la 26. Există, de asemenea, o teorie care descrie un spațiu cu un număr infinit de dimensiuni.

De la Euclid la Einstein

Fizicienii și matematicienii din Antichitate, Evul Mediu și New Age au negat categoric existența dimensiunilor superioare. Unii matematicieni au derivat chiar justificări pentru limitarea spațiului prin cei trei parametri. Geometria euclidiană presupunea doar trei dimensiuni.

Înainte de apariția.. o teorie generală Oamenii de știință ai relativității au considerat, în general, spațiul multidimensional ca fiind un subiect nedemn de studiu și de teorii. Când Albert Einstein a formulat conceptele de spațiu-timp, combinând trei dimensiuni cu o a patra dimensiune, cea temporală, certitudinea a dispărut imediat.

Teoria relativității dovedește că timp și spațiu nu sunt lucruri separate și independente. De exemplu, dacă astronauții se îmbarcă pe o navă care călătorește cu viteză mare pentru o perioadă lungă de timp, când se vor întoarce pe Pământ vor fi mai tineri decât colegii lor. Motivul este că pentru ei va trece mai puțin timp decât pentru oamenii de pe Pământ.

Teoria Kaluza-Klein

În 1921, matematicianul german Theodor Kaluza a folosit ecuațiile teoriei relativității pentru a crea o teorie care a unificat pentru prima dată gravitația și electromagnetismul. Conform acestei teorii, spațiul are cinci dimensiuni (inclusiv timpul).

În 1926, fizicianul suedez Oskar Klein a derivat o justificare pentru invizibilitatea celei de-a cincea dimensiuni, descrisă de Kaluza. Aceasta a constat în faptul că dimensiunile superioare sunt comprimate la o valoare incredibil de mică, care se numește valoarea Planck de 10^-35. Ulterior, aceasta a devenit baza altor teorii ale spațiului multidimensional.

Teoria corzilor

Este, de departe, cel mai promițător domeniu al fizicii teoretice. Teoria corzilor pretinde a fi ceea ce fizicienii au căutat încă de la apariția relativității generale. Este așa-numita "teorie a tuturor lucrurilor".

Ideea este că cele două principii fizice fundamentale, teoria relativității și mecanica cuantică, sunt în contradicție ireconciliabilă una cu cealaltă. Teoria universului este un concept ipotetic care ar putea explica acest paradox. Teoria corzilor, pe de altă parte, este cea mai potrivită pentru acest rol.

Esența sa este că la nivelul subatomic al structurii lumii există o oscilație a particulelor, similară cu oscilația corzilor obișnuite, cum ar fi o vioară. Și de aici îi vine și numele. În plus, dimensiunile acestor corzi sunt extrem de mici și fluctuează în jurul lungimii Planck, aceeași lungime care apare în teoria Kaluza-Klein. Dacă mărim un atom la dimensiunea unei galaxii, șirul va ajunge doar la dimensiunea unui copac adult. Teoria corzilor funcționează numai în spațiul multidimensional. Și există mai multe versiuni ale acesteia. Unele necesită un spațiu de 10 dimensiuni, altele de 26 de dimensiuni.

La momentul apariției sale, teoria corzilor a fost privită de fizicieni cu mult scepticism. Dar astăzi, este cea mai populară și a fost dezvoltată de mulți fizicieni teoreticieni. Cu toate acestea, nu este încă posibilă demonstrarea experimentală a acestei teorii.

Spațiul Hilbert

O altă teorie care descrie dimensiunile superioare este spațiul Hilbert. A fost descrisă de matematicianul german David Hilbert la locul de muncă asupra teoriei ecuațiilor integrale.

Spațiul Hilbert este o teorie matematică ce descrie proprietățile spațiului euclidian în dimensionalitate infinită. Adică, este un spațiu multidimensional cu nenumărate dimensiuni.

Hiperspațiul în science-fiction

Ideea spațiului multidimensional a dat naștere la multe povești science fiction, atât literare, cât și cinematografice.

Așadar, în tetralogia lui Dan Simmons "Cântecele lui Hyperion" Omenirea folosește o rețea de portaluri hiperspațiale, capabile să transporte instantaneu obiecte pe distanțe mari. În romanul lui Robert Heinlein "Stellar landing party.." soldații folosesc, de asemenea, hiperspațiul pentru a călători.

Ideea călătoriei în hiperspațiu a fost folosită în multe filme de space-opera, inclusiv în celebra saga "Războiul Stelelor" și seria "Babylon 5".

Intriga filmului "Interstelar" se bazează aproape în întregime pe ideea de dimensiuni superioare. În căutarea unei planete potrivite pentru a o coloniza, eroii călătoresc prin spațiu prin găuri de vierme, un tunel hiperspațial care duce la un alt sistem. Spre final, personajul principal intră într-o lume a spațiului multidimensional, cu ajutorul căreia reușește să transmită informații înapoi în timp. De asemenea, filmul demonstrează în mod clar legătura dintre spațiu și timp a lui Einstein: timpul trece mai încet pentru astronauți decât pentru personajele de pe Pământ.

În filmul "Cubul 2: Hipercubul" personajele se află în interiorul teseractului. Este ceea ce teoria dimensiunilor superioare numește un cub multidimensional. Căutând o cale de scăpare, ei vizitează universuri paralele unde întâlnesc versiuni alternative ale lor.

Ideea de spațiu multidimensional este încă fantastică și nedovedită. Cu toate acestea, este mult mai aproape și mai real astăzi decât a fost acum câteva decenii. Este posibil ca în secolul următor oamenii de știință să descopere o modalitate de a călători în dimensiuni superioare și astfel să călătorească în lumi paralele. Până atunci, oamenii vor avea multe fantezii despre el, inventând povești minunate.