Una dintre sarcinile principale ale fizicii teoretice de astăzi este de a găsi un răspuns la întrebarea dacă există dimensiuni mai mari. Spațiul este într-adevăr format doar din lungime, lățime și înălțime sau este doar o limitare a percepției umane? Timp de milenii, oamenii de știință au respins cu fermitate ideea existenței unui spațiu multidimensional. Cu toate acestea, revoluția științifică și tehnologică s-a schimbat foarte mult, iar astăzi știința nu mai este atât de categoric în problema dimensiunilor superioare.
Care este esența conceptului de „spațiu multidimensional”?
Omul trăiește într-o lume care constă din trei dimensiuni. Coordonatele oricărui obiect pot fi exprimate în trei valori. Și uneori două - când vine vorba de ceea ce este pe suprafața Pământului.
Lungimea, lățimea și înălțimea pot fi folosite pentru a descrie atât obiecte terestre, cât și corpuri cerești - planete, stele și galaxii. Sunt suficiente și pentru lucrurile care locuiesc în microcosmos - molecule, atomi și elementareparticule. A patra dimensiune este considerată a fi timpul.
Trebuie să existe cel puțin cinci dimensiuni într-un spațiu multidimensional. Fizica teoretică modernă a dezvoltat multe teorii pentru spații cu dimensiuni diferite - până la 26. Există și 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 Epoca Modernă au negat categoric posibilitatea existenței unor dimensiuni superioare. Unii matematicieni au dedus chiar justificări pentru limitarea spațiului cu trei parametri. Geometria euclidiană presupunea doar trei dimensiuni.
Înainte de apariția relativității generale, oamenii de știință considerau, în general, spațiul multidimensional ca un subiect nedemn de studiat și de avansare a teoriilor. Când Albert Einstein a formulat conceptele de spațiu-timp, combinând trei dimensiuni cu a patra, timpul, certitudinea în această chestiune a dispărut imediat.
Teoria relativității demonstrează că timpul și spațiul nu sunt lucruri separate și independente. De exemplu, dacă astronauții se urcă la bordul unei nave care se mișcă cu viteză mare pentru o lungă perioadă de timp, atunci la întoarcerea pe Pământ vor fi mai tineri decât semenii lor. Motivul este că va trece mai puțin timp pentru ei decât pentru oamenii de pe Pământ.
Teoria Kaluza-Klein
În 1921, matematicianul german Theodor Kaluza, folosind ecuațiile teoriei relativității, a creat o teorie carecare a combinat pentru prima dată gravitaţia şi electromagnetismul. Conform acestei teorii, spațiul are cinci dimensiuni (inclusiv timpul).
În 1926, fizicianul suedez Oscar Klein a dedus justificarea invizibilitatii celei de-a cincea dimensiuni, descrisă de Kaluza. Acesta a constat în faptul că dimensiunile mai mari sunt comprimate la o valoare incredibil de mică, care se numește valoarea Planck și este 10-35. Ulterior, aceasta a stat la baza altor teorii ale spațiului multidimensional.
Teoria corzilor
Această zonă a fizicii teoretice este de departe cea mai promițătoare. Teoria corzilor pretinde că este ceea ce fizicienii au căutat de la apariția relativității generale. Aceasta este așa-numita teorie a tuturor.
Adevărul este că două principii fizice fundamentale - teoria relativității și mecanica cuantică - se află în contradicție de nerezolvat unul cu celăl alt. Teoria totul este un concept ipotetic care ar putea explica acest paradox. La rândul său, teoria corzilor este mai potrivită pentru acest rol.
Esența este că la nivelul subatomic al structurii lumii, particulele vibrează, similar cu vibrația corzilor obișnuite, de exemplu, o vioară. De aici și-a luat numele teoria. Mai mult, dimensiunile acestor corzi sunt extrem de mici și fluctuează în jurul lungimii Planck - aceeași care apare în teoria Kaluza-Klein. Dacă un atom este mărit la dimensiunea unei galaxii, atunci șirul va ajunge doar la dimensiunea unui copac adult. Teoria corzilor funcționează doar în spațiul multidimensional. Și sunt mai multeversiuni. Unele necesită spațiu de 10 dimensiuni, în timp ce altele necesită spațiu de 26 de dimensiuni.
La momentul înființării, teoria corzilor era percepută de fizicieni cu mare scepticism. Dar astăzi este cel mai popular și mulți fizicieni teoreticieni sunt implicați în dezvoltarea sa. Cu toate acestea, nu este încă posibil să se demonstreze experimental prevederile teoriei.
Spatiu Hilbert
O altă teorie care descrie dimensiuni mai mari este spațiul Hilbert. A fost descrisă de matematicianul german David Hilbert în timp ce lucra la teoria ecuațiilor integrale.
Spațiul Hilbert este o teorie matematică care descrie proprietățile spațiului euclidian în dimensiune infinită. Adică, este un spațiu multidimensional cu un număr infinit de dimensiuni.
Hiperspațiul în science fiction
Ideea de spațiu multidimensional a dus la multe intrigi științifico-fantastice - atât literare, cât și cinematografice.
Astfel, în tetralogia „Songs of Hyperion” a lui Dan Simmons, omenirea folosește o rețea de portaluri nule hiperspațiale capabile să transfere instantaneu obiecte pe o distanță lungă. În Starship Troopers de Robert Heinlein, soldații folosesc și hiperspațiul pentru a călători.
Ideea zborului hiperspațial a fost folosită în multe filme de opera spațială, inclusiv în celebra saga Star Wars și în serialul TV Babylon 5.
Intriga filmului „Interstellar” este aproape în întregime legată de ideedimensiuni mai mari. În căutarea unei planete potrivite pentru colonizare, eroii călătoresc prin spațiu prin găuri de vierme - un tunel hiperspațial care duce la un alt sistem. Iar spre final, personajul principal intră în lumea spațiului multidimensional, cu ajutorul căruia reușește să transfere informații în trecut. De asemenea, filmul arată clar legătura dintre spațiu și timp, dedusă de Einstein: pentru astronauți, timpul trece mai încet decât pentru personajele de pe Pământ.
În filmul „Cube 2: Hypercube”, personajele se găsesc în interiorul unui tesseract. Deci în teoria dimensiunilor superioare se numește cub multidimensional. În căutarea unei ieșiri, se trezesc în universuri paralele, unde își întâlnesc versiunile alternative.
Ideea unui spațiu multidimensional este încă fantastică și nedovedită. Cu toate acestea, astăzi este mult mai aproape și mai real decât acum câteva decenii. Este foarte posibil ca în secolul următor, oamenii de știință să descopere o modalitate de a se deplasa în dimensiuni superioare și, prin urmare, de a călători în lumi paralele. Până atunci, oamenii vor fantezi mult despre acest subiect, inventând povești uimitoare.
