Een van die hooftake van teoretiese fisika vandag is om 'n antwoord te vind op die vraag of daar hoër dimensies is. Bestaan ruimte regtig net uit lengte, breedte en hoogte, of is dit net 'n beperking van menslike persepsie? Vir millennia het wetenskaplikes die idee van die bestaan van 'n multidimensionele ruimte ten sterkste verwerp. Die wetenskaplike en tegnologiese revolusie het egter baie verander, en vandag is die wetenskap nie meer so kategories oor die kwessie van hoër dimensies nie.
Wat is die kern van die konsep van "veeldimensionele ruimte"?
Die mens leef in 'n wêreld wat uit drie dimensies bestaan. Die koördinate van enige voorwerp kan in drie waardes uitgedruk word. En soms twee - wanneer dit kom by wat op die oppervlak van die Aarde is.
Lengte, breedte en hoogte kan gebruik word om beide aardse voorwerpe en hemelliggame te beskryf – planete, sterre en sterrestelsels. Hulle is ook genoeg vir dinge wat die mikrokosmos bewoon - molekules, atome en elementêredeeltjies. Die vierde dimensie word as tyd beskou.
Daar moet ten minste vyf dimensies in 'n multidimensionele ruimte wees. Moderne teoretiese fisika het baie teorieë ontwikkel vir ruimtes met verskillende dimensies - tot 26. Daar is ook 'n teorie wat 'n ruimte met 'n oneindige aantal dimensies beskryf.
Van Euclid tot Einstein
Fisici en wiskundiges van die Oudheid, die Middeleeue en die moderne tyd het die moontlikheid van die bestaan van hoër dimensies kategories ontken. Sommige wiskundiges het selfs regverdigings vir die beperking van ruimte deur drie parameters afgelei. Euklidiese meetkunde het slegs drie dimensies aangeneem.
Voor die koms van algemene relatiwiteit het wetenskaplikes oor die algemeen multidimensionele ruimte beskou as 'n onderwerp wat onwaardig is om te bestudeer en teorieë te bevorder. Toe Albert Einstein die konsepte van ruimte-tyd geformuleer het deur drie dimensies met die vierde, tyd, te kombineer, het sekerheid in hierdie saak onmiddellik verdwyn.
Die relatiwiteitsteorie bewys dat tyd en ruimte nie afsonderlike en onafhanklike dinge is nie. Byvoorbeeld, as ruimtevaarders aan boord van 'n skip gaan wat vir 'n lang tyd teen hoë spoed beweeg, dan sal hulle jonger as hul eweknieë wees wanneer hulle terugkeer na die aarde. Die rede is dat daar minder tyd vir hulle sal verloop as vir mense op Aarde.
Kaluza-Klein-teorie
In 1921 het die Duitse wiskundige Theodor Kaluza, met behulp van die vergelykings van die relatiwiteitsteorie, 'n teorie geskep watwat vir die eerste keer swaartekrag en elektromagnetisme gekombineer het. Volgens hierdie teorie het ruimte vyf dimensies (insluitend tyd).
In 1926 het die Sweedse fisikus Oscar Klein die regverdiging afgelei vir die onsigbaarheid van die vyfde dimensie, beskryf deur Kaluza. Dit het bestaan uit die feit dat die hoër afmetings saamgepers word tot 'n ongelooflike klein waarde, wat die Planck-waarde genoem word en 10-35 is. Dit het vervolgens die basis gevorm van ander teorieë oor multidimensionele ruimte.
Snaarteorie
Hierdie area van teoretiese fisika is verreweg die belowendste. Stringteorie beweer dat dit is waarna fisici gesoek het sedert die koms van algemene relatiwiteit. Dit is die sogenaamde teorie van alles.
Die feit is dat twee fundamentele fisiese beginsels - die relatiwiteitsteorie en kwantummeganika - in onoplosbare teenstrydigheid met mekaar is. Die teorie van alles is 'n hipotetiese konsep wat hierdie paradoks kan verklaar. Op sy beurt is snaarteorie meer geskik vir hierdie rol.
Die kern daarvan is dat op die subatomiese vlak van die struktuur van die wêreld, deeltjies vibreer, soortgelyk aan die vibrasie van gewone snare, byvoorbeeld 'n viool. Dit is waar die teorie sy naam vandaan gekry het. Boonop is die afmetings van hierdie snare uiters klein en fluktueer rondom die Planck-lengte - dieselfde een wat in die Kaluza-Klein-teorie voorkom. As 'n atoom vergroot word tot die grootte van 'n sterrestelsel, sal die tou net die grootte van 'n volwasse boom bereik. Snaarteorie werk slegs in multidimensionele ruimte. En daar is verskeieweergawes. Sommige vereis 10-dimensionele ruimte, terwyl ander 26-dimensionele ruimte vereis.
Ten die tyd van sy ontstaan is snaarteorie met groot skeptisisme deur fisici waargeneem. Maar vandag is dit die gewildste, en baie teoretiese fisici is besig met die ontwikkeling daarvan. Dit is egter nog nie moontlik om die bepalings van die teorie eksperimenteel te bewys nie.
Hilbert-spasie
Nog 'n teorie wat hoër dimensies beskryf, is die Hilbert-ruimte. Dit is beskryf deur die Duitse wiskundige David Hilbert terwyl hy aan die teorie van integraalvergelykings gewerk het.
Hilbert-ruimte is 'n wiskundige teorie wat die eienskappe van Euklidiese ruimte in oneindige dimensie beskryf. Dit wil sê, dit is 'n multidimensionele ruimte met 'n oneindige aantal dimensies.
Hyperspace in wetenskapfiksie
Die idee van multidimensionele ruimte het gelei tot baie wetenskapfiksie-komplotte - beide literêr en filmies.
Dus, in Dan Simmons se "Songs of Hyperion"-tetralogie, gebruik die mensdom 'n netwerk van hiperruimtelike nul-portale wat in staat is om voorwerpe onmiddellik oor 'n lang afstand oor te dra. In Robert Heinlein se Starship Troopers gebruik soldate ook hiperruimte om te reis.
Die idee van hiperruimtevlug is in baie ruimte-operafilms gebruik, insluitend die bekende Star Wars-sage en die TV-reeks Babylon 5.
Die plot van die fliek "Interstellar" is amper heeltemal gekoppel aan die ideehoër afmetings. Op soek na 'n geskikte planeet vir kolonisasie, reis die helde deur die ruimte deur wurmgate - 'n hiperruimte-tonnel wat na 'n ander stelsel lei. En teen die einde betree die hoofkarakter die wêreld van multidimensionele ruimte, met behulp waarvan hy dit regkry om inligting na die verlede oor te dra. Die film toon ook duidelik die verband tussen ruimte en tyd, afgelei deur Einstein: vir ruimtevaarders gaan tyd stadiger as vir karakters op Aarde.
In die fliek "Cube 2: Hypercube" bevind die karakters hulle in 'n tesseract. So in die teorie van hoër dimensies word 'n multidimensionele kubus genoem. Op soek na 'n uitweg, bevind hulle hulself in parallelle heelalle, waar hulle hul alternatiewe weergawes ontmoet.
Die idee van 'n multidimensionele ruimte is steeds fantasties en onbewese. Vandag is dit egter baie nader en meer werklik as 'n paar dekades gelede. Dit is heel moontlik dat wetenskaplikes in die volgende eeu 'n manier sal ontdek om in hoër dimensies te beweeg en dus in parallelle wêrelde te reis. Tot dan sal mense baie oor hierdie onderwerp fantaseer en wonderlike stories uitdink.
