Multidimenzionálny priestor: koncept, podstata, teória

Jednou z hlavných úloh teoretickej fyziky dnes je nájsť odpoveď na otázku, či existujú vyššie dimenzie. Skutočne pozostáva priestor iba z dĺžky, šírky a výšky, alebo je to len obmedzenie ľudského vnímania? Po tisíce rokov vedci dôrazne odmietli myšlienku existencie multidimenzionálneho priestoru. Vedecká a technologická revolúcia sa však veľa zmenila a dnes už veda nie je taká kategorická, pokiaľ ide o otázku vyšších dimenzií.

Aká je podstata konceptu "viacrozmerný priestor"?

Človek žije vo svete, ktorý sa skladá z troch dimenzií. Súradnice z akéhokoľvek predmetu možno vyjadriť v troch hodnotách. A niekedy dva - ak hovoríme o, čo je na povrchu Zeme.

Pomocou dĺžky, šírky a výšky je možné opísať pozemské objekty aj nebeské telesá-planéty , hviezdy a galaxie. Je ich dosť na veci obývajúce mikrokozmos-molekuly , atómy a elementárne častice. Štvrtá dimenzia sa považuje za čas.

Vo viacrozmernom priestore musí byť najmenej päť dimenzií. Moderná teoretická fyzika vyvinula mnoho teórií pre priestory s rôznymi rozmermi-až 26. Existuje aj teória popisujúca priestor s nekonečným počtom dimenzií.

Od Euklida po Einsteina

Fyzici a matematici staroveku, stredoveku a modernej doby kategoricky popierali možnosť existencie vyšších dimenzií. Niektorí matematici dokonca odvodili odôvodnenie obmedzenia priestoru tromi parametrami. Euklidovská geometria predpokladala iba tri rozmery.

Pred príchodom všeobecnej teórie z relativity vedci všeobecne považovali multidimenzionálny priestor za objekt, ktorý nie je hodný štúdia a predkladania teórií. Keď Albert Einstein formuloval koncepty časopriestoru, kombinujúc tri dimenzie so štvrtou, časovou, istotou v tejto veci okamžite zmizla.

Teória relativity dokazuje, že čas a priestor nie sú samostatné a nezávislé veci. Napríklad, ak astronauti nastúpia na loď, ktorá sa bude dlho pohybovať vysokou rýchlosťou, potom po návrate na zem budú mladší ako ich rovesníci. Dôvodom je, že pre nich uplynie menej času ako pre ľudí na Zemi.

Kaluza-Kleinova teória

V roku 1921 nemecký matematik Theodor Kaluza použil rovnice relativity na vytvorenie teórie, ktorá po prvýkrát kombinovala gravitáciu a elektromagnetizmus. Podľa tejto teórie má priestor päť dimenzií (vrátane času).

V roku 1926 švédsky fyzik Oscar Klein odvodil odôvodnenie neviditeľnosti piatej dimenzie, ktorú opísal Kaluza. Spočívalo v tom, že vyššie rozmery sú stlačené na neuveriteľne malú hodnotu, ktorá sa nazýva Planckova a je 10^-35. Následne to tvorilo základ ďalších teórií multidimenzionálneho priestoru.

Teória strún

Tento smer teoretickej fyziky je zďaleka najsľubnejší. Teória strún tvrdí, že je to, čo fyzici hľadali od príchodu všeobecnej relativity. Toto je takzvaná Teória všetkého.

Faktom je, že dva základné fyzikálne princípy-teória relativity a kvantová mechanika - sú vo vzájomnom neriešiteľnom rozpore. Teória všetkého je hypotetický koncept, ktorý by mohol vysvetliť tento paradox. Teória strún je zase pre túto úlohu vhodnejšia ako iné.

Jeho podstatou je, že na subatomárnej úrovni štruktúry sveta častice oscilujú, podobne ako oscilácia bežných strún, napríklad huslí. Preto teória dostala svoje meno. Rozmery týchto reťazcov sú navyše extrémne malé a kolíšu okolo Planckovej dĺžky - tej istej, ktorá sa objavuje v teórii Kaluza-Klein. Ak zvýšite atóm na veľkosť galaxie, reťazec dosiahne iba veľkosť dospelého stromu. Teória strún funguje iba vo viacrozmernom priestore. Okrem toho existuje niekoľko jeho verzií. Niektoré vyžadujú 10-rozmerný, zatiaľ čo iné vyžadujú 26-rozmerný priestor.

V čase svojho vzniku bola teória strún fyzikmi vnímaná s veľkým skepticizmom. Ale dnes je to najobľúbenejšie a mnohí teoretickí fyzici sa zaoberajú jeho vývojom. Zatiaľ však nie je možné experimentálne dokázať ustanovenia teórie.

Hilbert space

Ďalšou teóriou popisujúcou vyššie dimenzie je Hilbertov priestor. Opísal to nemecký matematik David Hilbert pri práci o teórii integrálnych rovníc.

Hilbertov priestor je matematická teória, ktorá popisuje vlastnosti euklidovského priestoru v nekonečnej dimenzii. To znamená, že ide o viacrozmerný priestor s nespočetnými rozmermi.

Hyperpriestor v beletrii

Myšlienka multidimenzionálneho priestoru vyústila do mnohých sci-fi zápletiek-literárnych aj filmových.

Takže v tetralógii Dana Simmonsa "Piesne Hyperionu" ľudstvo používa sieť hyperpriestorových nulových portálov schopných okamžite prenášať objekty na vzdialenú vzdialenosť. V románe Roberta Heinleina "Starship Troopers" . Vojaci tiež používajú Hyperpriestor na presídlenie.

Myšlienka hyperpriestorových letov bola použitá v mnohých vesmírnych operných filmoch vrátane slávnej ságy "Star Wars" a televízny seriál "Babylon-5".

Príbeh filmu "Medzihviezdny" je takmer úplne spojená s myšlienkou vyšších dimenzií. Pri hľadaní vhodnej planéty na kolonizáciu hrdinovia cestujú vesmírom cez červie diery-Hyperpriestorový tunel vedúci k iný systém. A ku koncu sa hlavná postava dostane do sveta multidimenzionálneho priestoru, s ktorým dokáže prenášať informácie do minulosti. Film tiež jasne ukazuje spojenie medzi priestorom a časom, ktoré odvodil Einstein: čas ide pre astronautov pomalšie ako pre postavy na Zemi.

Vo filme "Kocka 2: Hyperkocka" hrdinovia sa ocitnú vo vnútri Tesseractu. Takže v teórii vyšších dimenzií sa nazýva multidimenzionálna kocka. Pri hľadaní východiska sa ocitnú v paralelných vesmíroch, kde sa stretávajú so svojimi alternatívnymi verziami.

Myšlienka multidimenzionálneho priestoru je stále fantastická a nepreukázaná. Dnes je to však oveľa bližšie a reálnejšie ako pred niekoľkými desaťročiami. Je dosť možné, že v nasledujúcom storočí vedci objavia spôsob, ako sa pohybovať vo vyšších dimenziách a následne cestovať v paralelných svetoch. Dovtedy budú ľudia o tejto téme veľa fantazírovať a vymýšľať úžasné príbehy.