Vícerozměrný prostor: koncept, podstata, teorie

Jedním z hlavních úkolů teoretické fyziky dnes je nalezení odpovědi na otázku, zda existují vyšší dimenze. Je prostor skutečně tvořen pouze délkou, šířkou a výškou, nebo je to jen omezení lidského vnímání? Po tisíciletí vědci důrazně odmítli myšlenku existence vícerozměrného prostoru. Vědecká a technická revoluce však hodně změnila a dnes věda již není tak kategorická v otázce vyšších dimenzí.

Jaká je podstata pojmu "vícerozměrný prostor"?

Člověk žije ve světě, který se skládá ze tří dimenzí. Souřadnice jakéhokoli objektu lze vyjádřit tři hodnoty. A někdy dva - pokud mluvíme, co se nachází na zemském povrchu.

Prostřednictvím délky, šířky a výšky lze popsat jak pozemské objekty, tak nebeská tělesa-planety, hvězdy a galaxie. Je jich dost pro věci, které obývají mikrokosmos-molekuly, atomy a elementární částice. Čtvrtá dimenze je považována za čas.

Ve vícerozměrném prostoru by mělo být alespoň pět dimenzí. Moderní teoretická fyzika vyvinula mnoho teorií pro prostory s různou dimenzí-až 26. Existuje také teorie popisující prostor s nekonečným počtem dimenzí.

Od Euclida po Einsteina

Fyzici a matematici starověku, středověku a novověku kategoricky popírali možnost existence vyšších dimenzí. Někteří matematici dokonce odvodili zdůvodnění omezení prostoru třemi parametry. Euklidovská geometrie předpokládala přítomnost pouze tří dimenzí.

Před vznikem obecné teorie relativita vědci obecně považovali vícerozměrný prostor za předmět nehodný studia a nominace teorií. Když Albert Einstein formuloval pojmy časoprostoru kombinací tří dimenzí se čtvrtým, časovým, jistota v této záležitosti okamžitě zmizela.

Teorie relativity dokazuje, že čas a prostor nejsou oddělené a nezávislé věci. Například, pokud astronauti nastoupí na loď, která se bude pohybovat vysokou rychlostí po dlouhou dobu, pak se po návratu na Zemi ocitnou mladší než jejich vrstevníci. Důvodem pro ně bude méně času než pro lidi na Zemi.

Kaluza-Kleinova Teorie

V roce 1921 vytvořil německý matematik Theodor Kalutsa pomocí rovnic relativity teorii, která poprvé spojila gravitaci a elektromagnetismus. Podle této teorie má prostor pět dimenzí (včetně času).

V roce 1926 švédský fyzik Oscar Klein odvodil zdůvodnění neviditelnosti páté dimenze popsané Kalutsou. Bylo to, že nejvyšší měření jsou stlačena na neuvěřitelně malou velikost, která se nazývá planckowska a je 10^-35. To následně tvořilo základ dalších teorií vícerozměrného prostoru.

Teorie strun

Tento směr teoretické fyziky je zdaleka nejslibnější. Teorie strun si nárokuje titul toho, co fyzici hledají od samého počátku obecné relativity. Je to takzvaná teorie všeho.

Faktem je, že dva základní fyzikální principy-relativita a kvantová mechanika-jsou mezi sebou v neřešitelném rozporu. Teorie všeho je hypotetický koncept, který by dokázal vysvětlit tento paradox. Teorie strun je zase pro tuto roli vhodnější než ostatní.

Jeho podstatou je, že na subatomické úrovni struktury světa dochází k oscilaci částic, podobné oscilaci běžných strun, například houslí. Proto teorie dostala své jméno. Kromě toho jsou rozměry těchto řetězců extrémně malé a kolísají v oblasti Planckovy délky-té, která se objevuje v teorii Kaluza-Klein. Pokud zvětšíte Atom na velikost galaxie, řetězec dosáhne pouze velikosti dospělého stromu. Teorie strun funguje pouze ve vícerozměrném prostoru. A existuje několik jeho verzí. Některé vyžadují 10-dimenzionální, zatímco jiné vyžadují 26 - dimenzionální prostor.

V době svého vzniku byla teorie strun vnímána fyziky s velkým skepticismem. Dnes je však nejoblíbenější a mnoho teoretických fyziků se zabývá jeho vývojem. Dosud však není možné prokázat ustanovení teorie experimentálně.

Hilbertův prostor

Další teorií popisující vyšší dimenze je Hilbertův prostor. Popsal to německý matematický vědec David Hilbert při práci nad teorií integrálních rovnic.

Hilbertův prostor je matematická teorie, která popisuje vlastnosti euklidovského prostoru v nekonečné dimenzi. To znamená, že je to vícerozměrný prostor s nesčetnými rozměry.

Hyperprostor ve fikci

Myšlenka vícerozměrného prostoru se promítla do mnoha sci-fi příběhů-literárních i filmových.

Takže v tetralogii Dana Simmonsa "Písně Hyperionu" lidstvo používá síť hyperprostorových nulových portálů schopných okamžitě přenášet objekty do vzdálené vzdálenosti. V románu Roberta Heinleina "Starship Troopers" vojáci také používají hyperprostor k pohybu.

Myšlenka hyperprostorových letů byla použita v mnoha filmech vesmírné opery, včetně slavné ságy "Hvězdné války" a seriálu "Babylon-5".

Děj filmu "Interstellar" téměř úplně svázaný s myšlenkou vyšších dimenzí. Při hledání vhodné planety pro kolonizaci cestují hrdinové vesmírem červími dírami - hyperprostorovým tunelem vedoucím do jiný systém. A ke konci se protagonista dostane do světa vícerozměrného prostoru, kterým se mu podaří předat informace do minulosti. Film také jasně ukazuje spojení prostoru a času, které Einstein odvodil: pro astronauty je čas pomalejší než pro postavy na Zemi.

Ve filmu "Kostka 2: Hypercube" hrdinové se ocitnou uvnitř Tesseractu. Takže v teorii vyšších dimenzí se nazývá vícerozměrná krychle. Při hledání východiska se dostanou do paralelních vesmírů, kde se setkají se svými alternativními verzemi.

Myšlenka vícerozměrného prostoru je stále fantastická a neprokázaná. Dnes je však mnohem blíže a reálnější než před několika desítkami let. Je docela možné, že v příštím století vědci najdou způsob, jak se pohybovat ve vyšších dimenzích, a proto cestovat v paralelních světech. A do té doby lidé na toto téma hodně fantazírují a vymýšlejí úžasné příběhy.