Višedimenzionalni prostor: pojam, bit, teorija

Jedan od glavnih zadataka teorijske fizike danas je pronaći odgovor na pitanje postoje li veće dimenzije. Je li prostor doista samo duljina, širina i visina ili je to samo ograničenje ljudske percepcije? Tisućama godina znanstvenici su snažno odbacivali ideju postojanja višedimenzionalnog prostora. Međutim, znanstvena i tehnološka revolucija mnogo se promijenila, a danas znanost više nije toliko kategorična po pitanju viših dimenzija.

Koja je bit pojma "višedimenzionalni prostor"?

Čovjek živi u svijetu koji se sastoji od tri dimenzije. Koordinate bilo kojeg objekta može se izraziti tri vrijednosti. A ponekad i dva - ako govorimo o, što se nalazi na površini Zemlje.

Pomoću duljine, širine i visine mogu se opisati i zemaljski objekti i nebeska tijela-planeti , zvijezde i galaksije. Dovoljno ih je i za stvari koje nastanjuju mikrokozmos-molekule, atome i elementarne čestice. Četvrta dimenzija smatra se vremenom.

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

Od Euklida do Einsteina

Fizičari i matematičari antike, srednjeg vijeka i modernog doba kategorički su poricali mogućnost postojanja viših dimenzija. Neki su matematičari čak zaključili opravdanja ograničenja prostora s tri parametra. Euklidska geometrija pretpostavljala je samo tri dimenzije.

Prije pojave opće teorije relativnosti, znanstvenici su općenito smatrali višedimenzionalni prostor predmetom nedostojnim proučavanja i iznošenja teorija. Kad je Albert Einstein formulirao pojmove prostor-vremena, kombinirajući tri dimenzije s četvrtom, vremenskom, sigurnost u ovom pitanju odmah je nestala.

Teorija relativnosti to dokazuje vrijeme i prostor nisu odvojene i neovisne 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-Kleinova Teorija

1921. njemački matematičar Theodor Kaluza, koristeći jednadžbe relativnosti, stvorio je teoriju koja je prvi put kombinirala gravitaciju i elektromagnetizam. Prema ovoj teoriji, prostor ima pet dimenzija (uključujući vrijeme).

1926. Švedski fizičar Oscar Klein izveo je obrazloženje nevidljivosti pete dimenzije koje je opisao kaluza. Sastojalo se u činjenici da su veće dimenzije komprimirane na nevjerojatno malu vrijednost, koja se naziva Planckova i iznosi 10^-35. To je naknadno stvorilo osnovu za druge teorije višedimenzionalnog prostora.

Teorija struna

Ovaj smjer teorijske fizike danas je najperspektivniji. Teorija struna tvrdi da je ono što fizičari traže od početka opće relativnosti. To je takozvana Teorija svega.

Činjenica je da su dva temeljna fizikalna principa-teorija relativnosti i kvantna mehanika-međusobno u nerješivoj suprotnosti. Teorija svega je hipotetski koncept koji bi mogao objasniti ovaj paradoks. Zauzvrat, teorija struna više odgovara ovoj ulozi od ostalih.

Njegova je suština da na subatomskoj razini strukture svijeta postoji oscilacija čestica, slična vibraciji običnih žica, na primjer, violine. Otuda je teorija i dobila ime. Štoviše, veličine ovih žica izuzetno su male i osciliraju oko Planckove duljine - iste one koja se pojavljuje u teoriji kaluza-Kleina. Ako Atom povećate na veličinu galaksije, tada će niz doseći samo veličinu odraslog stabla. Teorija struna djeluje samo u višedimenzionalnom prostoru. Štoviše, postoji nekoliko njegovih verzija. Neki zahtijevaju 10-dimenzionalni, dok drugi zahtijevaju 26 - dimenzionalni prostor.

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

Hilbertov prostor

Druga teorija koja opisuje više dimenzije je Hilbertov prostor. Opisao ga je njemački matematički znanstvenik David Hilbert tijekom rada preko teorije integralnih jednadžbi.

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

Hipersvemir u fikciji

Ideja višedimenzionalnog prostora prelila se u mnoštvo znanstveno-fantastičnih zapleta - i književnih i kinematografskih.

Dakle, u tetralogiji dana Simmonsa "Hiperionove Pjesme" čovječanstvo koristi mrežu hipersvemirskih null portala sposobnih za trenutni prijenos objekata na velike udaljenosti. U romanu Roberta Heinleina "Starship Troopers" vojnici također koriste hipersvemir za kretanje.

Ideja o hipersvemirskim letovima korištena je u mnogim filmovima svemirske opere, uključujući poznatu sagu "Ratovi zvijezda" i serije "Babilon-5".

Radnja filma "Interstellar" gotovo u potpunosti vezan za ideju viših dimenzija. U potrazi za prikladnim planetom za kolonizaciju, junaci putuju svemirom kroz crvotočine-hipersvemirski tunel koji vodi do drugi sustav. I pred kraj, glavni lik ulazi u svijet višedimenzionalnog prostora, uz pomoć kojeg uspijeva prenijeti informacije u prošlost. Film također jasno prikazuje odnos prostora i vremena koji je izveo Einstein: za astronaute vrijeme prolazi sporije nego za likove na Zemlji.

U filmu "Kocka 2: Hiperkuba" heroji se nalaze unutar Tesseracta. Tako se u teoriji viših dimenzija naziva višedimenzionalna kocka. Tražeći izlaz, završavaju u paralelnim svemirima, gdje susreću svoje alternativne verzije.

Ideja višedimenzionalnog prostora i dalje je fantastična i nedokazana. Međutim, danas je mnogo bliže i stvarnije nego prije nekoliko desetljeća. Moguće je da će u sljedećem stoljeću znanstvenici otkriti način kretanja u višim dimenzijama i stoga putovati u paralelnim svjetovima. Do tada će ljudi puno maštati o ovoj temi, izmišljajući nevjerojatne priče.