Višedimenzionalni prostor: koncept, suština, teorija

Jedan od glavnih zadataka teorijske fizike danas je pronaći odgovor na pitanje postoje li veće dimenzije. Da li se prostor zaista sastoji samo od dužine, širine i visine ili je to samo ograničenje ljudske percepcije? Hiljadama godina naučnici su snažno odbacivali ideju o postojanju višedimenzionalnog prostora. Međutim, naučna i tehnološka revolucija se dosta promijenila, pa danas nauka više nije toliko kategorična po pitanju viših dimenzija.

Šta je suština koncepta "višedimenzionalni prostor"?

Čovek živi u svetu koji se sastoji od tri dimenzije. Koordinate bilo kojeg objekta može se izraziti u tri vrijednosti. A ponekad i dva-ako govorimo o, šta je na površini Zemlje.

Pomoću dužine, širine i visine moguće je opisati i zemaljske objekte i nebeska tijela - planete, zvijezde i galaksije. Ima ih dovoljno za stvari koje naseljavaju mikrokosmos-molekule , atome i elementarne čestice. Četvrta dimenzija se smatra vremenom.

U višedimenzionalnom prostoru mora postojati najmanje pet dimenzija. Moderna teorijska fizika razvila je mnoge teorije za prostore različitih dimenzija-do 26. Postoji i teorija koja opisuje prostor sa beskonačnim brojem dimenzija.

Od Euklida do Ajnštajna

Fizičari i matematičari antike, srednjeg vijeka i modernog doba kategorički su negirali mogućnost postojanja viših dimenzija. Neki matematičari su čak izveli opravdanja za ograničenje prostora za tri parametra. Euklidska geometrija pretpostavljala je samo tri dimenzije.

Prije adventa opšte teorije relativnosti, naučnici su općenito smatrali višedimenzionalni prostor objektom nedostojnim proučavanja i iznošenja teorija. Kada je Albert Ajnštajn formulisao koncepte prostor-vremena, kombinujući tri dimenzije sa četvrtom, vremenskom, sigurnošću u ovom pitanju odmah je nestalo.

Teorija relativnosti to dokazuje vrijeme i prostor nisu odvojene i nezavisne stvari. Na primjer, ako se astronauti ukrcaju na brod koji će se dugo kretati velikom brzinom, tada će po povratku na Zemlju biti mlađi od svojih vršnjaka. Razlog je taj što će za njih proći manje vremena nego za ljude na Zemlji.

Kaluza-Klein teorija

Godine 1921. njemački matematičar Theodor Kaluza koristio je jednačine relativnosti da stvori teoriju koja je po prvi put spojila gravitaciju i elektromagnetizam. Prema ovoj teoriji, prostor ima pet dimenzija (uključujući vrijeme).

Godine 1926. švedski fizičar Oscar Klein izveo je opravdanje za nevidljivost pete dimenzije koju je opisao Kaluza. Sastojao se u činjenici da su veće dimenzije komprimirane na nevjerovatno malu vrijednost, koja se naziva Planckova i iznosi 10^-35. Nakon toga, ovo je činilo osnovu drugih teorija višedimenzionalnog prostora.

Teorija struna

Ovaj smjer teorijske fizike daleko je najperspektivniji. Teorija struna tvrdi da je ono što su fizičari tražili od pojave opće relativnosti. Ovo je takozvana Teorija svega.

Činjenica je da su dva temeljna fizička principa-teorija relativnosti i kvantna mehanika - u nerastvorljivoj suprotnosti jedan s drugim. Teorija svega je hipotetički koncept koji bi mogao objasniti ovaj paradoks. Zauzvrat, teorija struna je prikladnija za ovu ulogu od ostalih.

Njegova suština je da na subatomskom nivou strukture svijeta čestice osciliraju, slično oscilaciji običnih žica, na primjer, violine. Otuda je teorija i dobila ime. Štaviše, dimenzije ovih žica su izuzetno male i fluktuiraju oko Planckove dužine - iste one koja se pojavljuje u Kaluza-Klein teoriji. Ako povećate atom na veličinu galaksije, tada će niz dostići samo veličinu odraslog stabla. Teorija struna radi samo u višedimenzionalnom prostoru. Štaviše , postoji nekoliko njegovih verzija. Neki zahtijevaju 10-dimenzionalni, dok drugi zahtijevaju 26-dimenzionalni prostor.

U vrijeme svog nastanka, teoriju struna fizičari su percipirali s velikim skepticizmom. Ali danas je najpopularniji, a mnogi teoretski fizičari se bave njegovim razvojem. Međutim, još uvijek nije moguće eksperimentalno dokazati odredbe teorije.

Hilbert space

Druga teorija koja opisuje više dimenzije je Hilbertov prostor. Opisao ga je njemački matematičar David Hilbert tokom rada o teoriji integralnih jednačina.

Hilbertov prostor je matematička teorija koja opisuje svojstva euklidskog prostora u beskonačnoj dimenziji. Odnosno, to je višedimenzionalni prostor sa bezbroj dimenzija.

Hipersvemir u fikciji

Ideja višedimenzionalnog prostora rezultirala je mnogim zapletima naučne fantastike - i književnim i kinematografskim.

Dakle, u tetralogiji Dan Simmons "Pjesme Hyperiona" . Čovječanstvo koristi mrežu hyperspace null portala sposobnih za trenutni prijenos objekata na udaljenu udaljenost. U romanu Roberta Heinleina "Starship Troopers" vojnici takođe koriste hipersvemir za kretanje.

Ideja o hipersvemirskim letovima korištena je u mnogim filmovima svemirske opere, uključujući i poznatu sagu "Ratovi Zvijezda" i TV serija "Babylon-5".

Radnja filma "Interstellar" gotovo je u potpunosti vezan za ideju viših dimenzija. U potrazi za prikladnom planetom za kolonizaciju, heroji putuju kroz svemir kroz crvotočine - hipersvemirski tunel koji vodi do drugi sistem. I pred kraj, glavni lik ulazi u svijet višedimenzionalnog prostora, uz pomoć kojeg uspijeva prenijeti informacije u prošlost. Film takođe jasno pokazuje vezu između prostora i vremena, koju je zaključio Ajnštajn: vreme ide sporije za astronaute nego za likove na Zemlji.

U filmu "Kocka 2: Hypercube" heroji se nalaze unutar Teserakta. Dakle, u teoriji viših dimenzija naziva se višedimenzionalna kocka. U potrazi za izlazom, nalaze se u paralelnim univerzumima, gdje susreću svoje alternativne verzije.

Ideja o višedimenzionalnom prostoru i dalje je fantastična i nedokazana. Međutim, danas je mnogo bliži i stvarniji nego prije nekoliko decenija. Sasvim je moguće da će u sljedećem stoljeću naučnici otkriti način kretanja u višim dimenzijama i, shodno tome, putovanja paralelnim svjetovima. Do tada će ljudi mnogo maštati o ovoj temi, izmišljajući nevjerovatne priče.