Ena od glavnih nalog teoretične fizike danes je najti odgovor na vprašanje, ali obstajajo višje dimenzije. Ali je prostor res sestavljen samo iz dolžine, širine in višine, ali je to le omejitev človeške percepcije? Znanstveniki so tisočletja odločno zavračali zamisel o obstoju večdimenzionalnega prostora. Vendar se je znanstvena in tehnološka revolucija zelo spremenila in danes znanost ni več tako kategorična glede vprašanja višjih dimenzij.
Kaj je bistvo koncepta "večdimenzionalnega prostora"?
Človek živi v svetu, ki je sestavljen iz treh dimenzij. Koordinate katerega koli predmeta lahko izrazimo v treh vrednostih. In včasih dva - ko gre za to, kar je na površini Zemlje.
Dolžino, širino in višino lahko uporabite za opis zemeljskih objektov in nebesnih teles – planetov, zvezd in galaksij. Dovolj so tudi za stvari, ki naseljujejo mikrokozmos - molekule, atome in elementarnedelci. Četrta dimenzija se šteje za čas.
V večdimenzionalnem prostoru mora biti vsaj pet dimenzij. Sodobna teoretična fizika je razvila številne teorije za prostore z različnimi dimenzijami – do 26. Obstaja tudi teorija, ki opisuje prostor z neskončnim številom dimenzij.
Od Evklida do Einsteina
Fiziki in matematiki antike, srednjega veka in modernega časa so kategorično zanikali možnost obstoja višjih dimenzij. Nekateri matematiki so celo izpeljali utemeljitve za omejitev prostora s tremi parametri. Evklidska geometrija je predpostavljala samo tri dimenzije.
Pred pojavom splošne teorije relativnosti so znanstveniki na splošno menili, da je večdimenzionalni prostor predmet, ki ni vreden preučevanja in napredka teorij. Ko je Albert Einstein oblikoval koncepte prostor-čas, ki je združil tri dimenzije s četrto, čas, je gotovost v tej zadevi takoj izginila.
Teorija relativnosti dokazuje, da čas in prostor nista ločeni in neodvisni stvari. Na primer, če se astronavti dlje časa vkrcajo na ladjo, ki se giblje z veliko hitrostjo, bodo po vrnitvi na Zemljo mlajši od svojih vrstnikov. Razlog je v tem, da bo zanje minilo manj časa kot za ljudi na Zemlji.
Kaluza-Kleinova teorija
Leta 1921 je nemški matematik Theodor Kaluza z uporabo enačb teorije relativnosti ustvaril teorijo, kiki je prvič združila gravitacijo in elektromagnetizem. Po tej teoriji ima prostor pet dimenzij (vključno s časom).
Leta 1926 je švedski fizik Oscar Klein izpeljal utemeljitev nevidnosti pete dimenzije, ki jo je opisal Kaluza. Sestavljen je bil v tem, da so višje dimenzije stisnjene na neverjetno majhno vrednost, ki se imenuje Planckova vrednost in je 10-35. Kasneje je to postalo osnova za druge teorije večdimenzionalnega prostora.
teorija strun
To področje teoretične fizike je daleč najbolj obetavno. Teorija strun trdi, da je to tisto, kar so fiziki iskali od nastanka splošne teorije relativnosti. To je tako imenovana teorija vsega.
Dejstvo je, da sta dve temeljni fizikalni principi - relativnostna teorija in kvantna mehanika - v nerešljivem protislovju drug z drugim. Teorija vsega je hipotetični koncept, ki bi lahko pojasnil ta paradoks. Teorija strun pa je bolj primerna za to vlogo.
Bistvo tega je, da na subatomski ravni strukture sveta delci vibrirajo, podobno kot vibracije navadnih strun, na primer violine. Od tod je teorija dobila ime. Poleg tega so dimenzije teh strun izjemno majhne in nihajo okoli Planckove dolžine - iste, ki se pojavlja v teoriji Kaluza-Klein. Če atom povečamo na velikost galaksije, bo struna dosegla le velikost odraslega drevesa. Teorija strun deluje samo v večdimenzionalnem prostoru. In jih je večrazličice. Nekateri zahtevajo 10-dimenzionalni prostor, drugi pa 26-dimenzionalni prostor.
Fiziki so teorijo strun v času njenega nastanka dojemali z velikim skepticizmom. Toda danes je najbolj priljubljen in z njegovim razvojem se ukvarjajo številni teoretični fiziki. Vendar pa določil teorije še ni mogoče eksperimentalno dokazati.
Hilbertov prostor
Druga teorija, ki opisuje višje dimenzije, je Hilbertov prostor. Opisal ga je nemški matematik David Hilbert, ko je delal na teoriji integralnih enačb.
Hilbertov prostor je matematična teorija, ki opisuje lastnosti evklidskega prostora v neskončni dimenziji. To pomeni, da je večdimenzionalen prostor z neskončnim številom dimenzij.
Hiperprostor v znanstveni fantastiki
Zamisel o večdimenzionalnem prostoru je povzročila številne znanstvenofantastične zaplete - tako literarne kot filmske.
Tako v tetralogiji Dan Simmons "Songs of Hyperion" človeštvo uporablja mrežo hiperprostorskih ničelnih portalov, ki so sposobni takojšnjega prenosa predmetov na veliko razdaljo. V Starship Troopers Roberta Heinleina vojaki uporabljajo tudi hiperprostor za potovanje.
Zamisel o poletu v hipervesolje je bila uporabljena v številnih filmih o vesoljski operi, vključno s slavno sago Vojna zvezd in TV-serijo Babylon 5.
Zaplet filma "Interstellar" je skoraj v celoti vezan na idejovišje dimenzije. V iskanju primernega planeta za kolonizacijo junaki potujejo skozi vesolje skozi črvine – hipervesoljski predor, ki vodi v drug sistem. In proti koncu glavni lik vstopi v svet večdimenzionalnega prostora, s pomočjo katerega uspe informacije prenesti v preteklost. Film tudi jasno prikazuje povezavo med prostorom in časom, ki jo je izpeljal Einstein: za astronavte čas teče počasneje kot za like na Zemlji.
V filmu "Cube 2: Hypercube" se liki znajdejo v teseraktu. Torej se v teoriji višjih dimenzij imenuje večdimenzionalna kocka. V iskanju izhoda se znajdeta v vzporednih vesoljih, kjer srečata svoje nadomestne različice.
Ideja o večdimenzionalnem prostoru je še vedno fantastična in nedokazana. Vendar je danes veliko bližje in bolj resnično kot pred nekaj desetletji. Povsem možno je, da bodo znanstveniki v naslednjem stoletju odkrili način, kako se premikati v višjih dimenzijah in zato potovati v vzporednih svetovih. Do takrat bodo ljudje veliko fantazirali o tej temi in si izmišljali neverjetne zgodbe.
