En av hovedoppgavene til teoretisk fysikk i dag er å finne svar på spørsmålet om det finnes høyere dimensjoner. Består rommet egentlig bare av lengde, bredde og høyde, eller er det bare en begrensning av menneskelig oppfatning? I årtusener avviste forskere sterkt ideen om eksistensen av et flerdimensjon alt rom. Den vitenskapelige og teknologiske revolusjonen har imidlertid endret seg mye, og i dag er vitenskapen ikke lenger så kategorisk i spørsmålet om høyere dimensjoner.
Hva er essensen av konseptet "flerdimensjon alt rom"?
Mennesket lever i en verden som består av tre dimensjoner. Koordinatene til ethvert objekt kan uttrykkes i tre verdier. Og noen ganger to - når det kommer til det som er på jordens overflate.
Lengde, bredde og høyde kan brukes til å beskrive både jordiske objekter og himmellegemer - planeter, stjerner og galakser. De er også nok for ting som bor i mikrokosmos - molekyler, atomer og elementærepartikler. Den fjerde dimensjonen anses å være tid.
Det må være minst fem dimensjoner i et flerdimensjon alt rom. Moderne teoretisk fysikk har utviklet mange teorier for rom med ulike dimensjoner – opptil 26. Det finnes også en teori som beskriver et rom med et uendelig antall dimensjoner.
Fra Euklid til Einstein
Fysikere og matematikere fra antikken, middelalderen og moderne tid benektet kategorisk muligheten for eksistensen av høyere dimensjoner. Noen matematikere utledet til og med begrunnelser for begrensning av plass med tre parametere. Euklidisk geometri antok bare tre dimensjoner.
Før fremkomsten av generell relativitetsteori, anså forskere generelt flerdimensjon alt rom for å være et emne uverdig å studere og fremme teorier. Da Albert Einstein formulerte begrepene rom-tid, og kombinerte tre dimensjoner med den fjerde, tiden, forsvant sikkerheten i denne saken umiddelbart.
Relativitetsteorien beviser at tid og rom ikke er separate og uavhengige ting. For eksempel, hvis astronauter går om bord i et skip som beveger seg i høy hastighet i lang tid, vil de være yngre enn jevnaldrende når de kommer tilbake til jorden. Årsaken er at det vil gå mindre tid for dem enn for mennesker på jorden.
Kaluza-Klein-teori
I 1921 skapte den tyske matematikeren Theodor Kaluza, ved å bruke ligningene til relativitetsteorien, en teori somsom for første gang kombinerte gravitasjon og elektromagnetisme. I følge denne teorien har rommet fem dimensjoner (inkludert tid).
I 1926 utledet den svenske fysikeren Oscar Klein begrunnelsen for usynligheten til den femte dimensjonen, beskrevet av Kaluza. Den bestod i at de høyere dimensjonene er komprimert til en utrolig liten verdi, som kalles Planck-verdien og er 10-35. Deretter dannet dette grunnlaget for andre teorier om flerdimensjon alt rom.
strengteori
Dette området av teoretisk fysikk er uten tvil det mest lovende. Strengteori hevder å være det fysikere har lett etter siden den generelle relativitetsteorien kom. Dette er den såk alte teorien om alt.
Faktum er at to grunnleggende fysiske prinsipper - relativitetsteorien og kvantemekanikken - er i uløselig motsetning til hverandre. Teorien om alt er et hypotetisk konsept som kan forklare dette paradokset. I sin tur er strengteori mer egnet for denne rollen.
Kjernen i det er at på det subatomære nivået av verdens struktur vibrerer partikler, på samme måte som vibrasjonen til vanlige strenger, for eksempel en fiolin. Det er her teorien har fått navnet sitt. Dessuten er dimensjonene til disse strengene ekstremt små og svinger rundt Planck-lengden - den samme som vises i Kaluza-Klein-teorien. Hvis et atom forstørres til størrelsen på en galakse, vil strengen bare nå størrelsen på et voksent tre. Strengteori fungerer bare i flerdimensjon alt rom. Og det er flereversjoner. Noen krever 10-dimensjon alt rom, mens andre krever 26-dimensjon alt rom.
På oppstartstidspunktet ble strengteorien oppfattet av fysikere med stor skepsis. Men i dag er det den mest populære, og mange teoretiske fysikere er engasjert i utviklingen. Imidlertid er det ennå ikke mulig å bevise bestemmelsene i teorien eksperimentelt.
Hilbert space
En annen teori som beskriver høyere dimensjoner er Hilbert-rommet. Den ble beskrevet av den tyske matematikeren David Hilbert mens han arbeidet med teorien om integralligninger.
Hilbert-rom er en matematisk teori som beskriver egenskapene til det euklidiske rom i uendelig dimensjon. Det vil si at det er et flerdimensjon alt rom med et uendelig antall dimensjoner.
Hyperspace i science fiction
Ideen om flerdimensjon alt rom har resultert i mange science fiction-plott - både litterære og filmiske.
I Dan Simmons' "Songs of Hyperion"-tetralogi bruker menneskeheten derfor et nettverk av hyperspatiale nullportaler som er i stand til umiddelbart å overføre objekter over lang avstand. I Robert Heinleins Starship Troopers bruker soldater også hyperspace til å reise.
Ideen om hyperspace-flukt har blitt brukt i mange romfartsoperafilmer, inkludert den berømte Star Wars-sagaen og TV-serien Babylon 5.
Plottet til filmen «Interstellar» er nesten helt knyttet til ideenhøyere dimensjoner. På jakt etter en passende planet for kolonisering, reiser heltene gjennom verdensrommet gjennom ormehull - en hyperromtunnel som fører til et annet system. Og mot slutten går hovedpersonen inn i verden av flerdimensjon alt rom, ved hjelp av hvilken han klarer å overføre informasjon til fortiden. Filmen viser også tydelig sammenhengen mellom rom og tid, utledet av Einstein: for astronauter går tiden langsommere enn for karakterer på jorden.
I filmen "Cube 2: Hypercube" befinner karakterene seg inne i en tesserakt. Så i teorien om høyere dimensjoner kalles en flerdimensjonal kube. På jakt etter en utvei befinner de seg i parallelle universer, hvor de møter sine alternative versjoner.
Ideen om et flerdimensjon alt rom er fortsatt fantastisk og uprøvd. Men i dag er det mye nærmere og mer ekte enn for noen tiår siden. Det er ganske mulig at forskere i det neste århundre vil oppdage en måte å bevege seg i høyere dimensjoner og derfor reise i parallelle verdener. Inntil da vil folk fantasere mye om dette emnet og finne på fantastiske historier.
