Iespēja Pāriet Uz Citu Dimensiju - Alternatīvs Skats

Iespēja Pāriet Uz Citu Dimensiju - Alternatīvs Skats
Iespēja Pāriet Uz Citu Dimensiju - Alternatīvs Skats

Video: Iespēja Pāriet Uz Citu Dimensiju - Alternatīvs Skats

Video: Iespēja Pāriet Uz Citu Dimensiju - Alternatīvs Skats
Video: Ханс Рослинг: Самая лучшая статистика 2024, Marts
Anonim

Kas varēja notikt, ja mūsu pasaulē būtu vairāk nekā trīs dimensijas? Kā “papildu”, papildu dimensija varētu ietekmēt dažādu fizisko procesu gaitu? Tuvosimies atbildei uz šo jautājumu no attāluma …

Mūsdienās zinātniskās fantastikas literatūrā diezgan bieži ir iespējams saskarties ar lielu acumirklīgu lielu kosmisko attālumu pārvarēšanu, izmantojot tā saukto nulles transportēšanu vai pāreju caur “hipertelpu” vai “apakštelpu”, vai “virstelpu”. Ko šajā gadījumā nozīmē zinātniskās fantastikas rakstnieki?

Ir vispārpieņemts, ka maksimālais ātrums, ar kādu jebkurš reāls ķermenis var pārvietoties telpā, saskaņā ar relativitātes teoriju ir gaismas ātrums tukšumā, kas ir 300 000 km / sek. Turklāt šis ātrums praktiski nav sasniedzams! Par kādu zibens "lec" cauri miljoniem un simtiem miljonu gaismas gadu var runāt? Protams, ideja par šāda veida "pārejām" ir fantastiska. Bet tā pamatā ir ļoti zinātkāri fiziski un matemātiski apsvērumi.

Iedomājieties "viendimensionālu būtni" - punktu, kas atrodas viendimensionālā telpā, tas ir, taisnā līnijā. Šajā "mazajā" pasaulē ir tikai viena dimensija - garums un tikai divi iespējamie kustības virzieni - uz priekšu un atpakaļ.

Iedomātajam divdimensiju radījumam - “plakanam” - ir daudz vairāk iespēju. Viņi spēj pārvietoties divās dimensijās: viņu pasaulē papildus garumam ir arī platums. Bet tādā pašā veidā viņi nevar iedziļināties trešajā dimensijā, tāpat kā radības-punkti nevar "izlēkt" ārpus savas taisnās līnijas. Viendimensiju un divdimensiju iedzīvotāji principā spēj nonākt pie teorētiska secinājuma par varbūtību, ka pastāv vairāk dimensiju nekā viņu pasaulēs, bet ceļi uz nākamajām dimensijām viņiem ir praktiski slēgti!

Abās plaknes pusēs atrodas trīsdimensiju telpa, mēs tajā dzīvojam - trīsdimensiju radījumi, kas nav redzami divdimensiju iedzīvotājiem, norobežoti savā plakanajā pasaulē: galu galā viņi pat var redzēt tikai savas telpas robežās. Divdimensiju radības praktiski varētu sadurties ar trīsdimensiju pasauli un tās iedzīvotājiem tikai tad, ja kāds cilvēks, piemēram, caurdurtu to plakni ar naglu vai adatu. Bet pat tad divdimensionāla būtne varēja novērot tikai divdimensiju plaknes un naga krustošanās laukumu. Maz ticams, ka ar to bija pietiekami, lai izdarītu dažus secinājumus par “citu pasauli” no divdimensiju iedzīvotāja, trīsdimensiju telpas un tās “noslēpumaino” iemītnieku viedokļa.

Tomēr tieši tādu pašu pamatojumu var attiecināt uz mūsu trīsdimensiju telpu, ja tā būtu norobežota “plašākā” četrdimensiju telpā, tāpat kā divdimensiju plakne ir ietverta pati par sevi.

Bet vispirms mēģināsim noskaidrot, kas īsti ir četrdimensiju telpa. Mūsu trīsdimensiju pasaulē, kā minēts iepriekš, ir trīs savstarpēji perpendikulāri virzieni - garums, platums un augstums - trīs savstarpēji perpendikulāras koordinātu asis. Ja šiem trim virzieniem būtu iespējams pievienot ceturto, arī perpendikulāri katram no tiem, tad mēs iegūtu telpu ar četrām dimensijām - četrdimensiju pasauli!

Reklāmas video:

No matemātiskās loģikas viedokļa mūsu argumentācija par četrdimensiju telpas veidošanu ir absolūti nevainojama. Bet paši par sevi viņi joprojām neko nepierāda, jo loģiskā konsekvence nav "esamības" pierādījums fiziskajā nozīmē. Šādu pierādījumu var sniegt tikai pieredze. Un pieredze rāda, ka mūsu telpā caur vienu punktu var novilkt tikai trīs savstarpēji perpendikulāras taisnas līnijas.

Pievērsīsimies vēlreiz “plakangalvju” palīdzībai. Viņiem trešā dimensija, kurā viņi nevar iedziļināties, ir tāda pati kā mums ceturtā dimensija. Bet starp iedomātām plakanām būtnēm un mums, trīsdimensiju pasaules iedzīvotājiem, ir ievērojama atšķirība. Kaut arī plakne ir reālās pasaules trīsdimensiju pasaules divdimensiju daļa, visi mūsu rīcībā esošie zinātniskie pierādījumi stingri norāda, ka telpa, kurā mēs dzīvojam, ir ģeometriski trīsdimensiju un neietilpst nevienā četrdimensiju pasaulē! Ja šāda četrdimensiju pasaule patiešām pastāvētu, tad mūsu trīsdimensiju pasaulē varētu notikt diezgan dīvaini notikumi un parādības.

Atkal atgriezīsimies divdimensiju, “plakanā” pasaulē. Lai arī tās iedzīvotāji nespēj "iziet" ārpus savas plaknes, tomēr ārējās trīsdimensiju pasaules klātbūtnes dēļ principā ir iespējams iedomāties dažas parādības, kas nozīmē iziešanu trešajā dimensijā. Šis apstāklis ļauj veikt šādus procesus, kas paši par sevi nevarētu notikt divdimensiju telpā. Iedomājieties, piemēram, pulksteņa seju, kas novilkta plaknē. Neatkarīgi no tā, kā mēs pagriežam un pārvietojam šo ciparnīcu, paliekot plaknē, mēs nekad nevarēsim mainīt numuru pozīciju tā, lai tie sekotu viens otram pretēji pulksteņa rādītāja virzienam. To var panākt, tikai "noņemot" disku no plaknes trīsdimensiju telpā, pagriežot to un pēc tam atkal atdodot plaknei.

Trīsdimensiju telpā šī darbība atbilstu, piemēram, šai. Vai ir iespējams pārvērst labās rokas cimdu par kreisās puses cimdu, vienkārši pārvietojot to mūsu trīsdimensiju telpā (tas ir, nepagriežot to no iekšpuses uz āru)? Jūs varat viegli redzēt, ka šāda operācija nav iespējama! Bet, ņemot vērā četrdimensiju telpu, to varētu sasniegt tikpat viegli, kā tas ir ar ciparripu. Bet mēs nezinām izeju četrdimensiju telpā. Acīmredzot arī daba viņu nepazīst. Vismaz nekad nav reģistrētas parādības, kuras varētu izskaidrot ar četrdimensionālas pasaules esamību, kas aptvertu mūsu trīsdimensiju! Žēl gan. Ja četrdimensiju telpa un izeja tajā faktiski pastāvēja,tad mūsu priekšā pavērsies patiesi neticamas iespējas un izredzes.

Atkal pievērsīsimies divdimensiju pasaulei un iedomāsimies “plakanu plakni”, kurai jāpārvar attālums starp diviem plakanas pasaules punktiem, kas, piemēram, atrodas 50 km attālumā viens no otra. Ja "plakanais" pārvietojas ar ātrumu viens metrs dienā, tad šāda veida ceļojums prasīs ne mazāk kā 50 000 gadu. Bet iedomājieties, ka divdimensiju virsma ir salocīta vai, precīzāk sakot, "saliekta" trīsdimensiju telpā tādā veidā, ka maršruta sākuma un beigu punkti atrodas tikai viena metra attālumā viens no otra. Tagad tos atdala attālums, kas vienāds tikai ar vienu metru. Tas ir, attālums, kuru "plakans" varētu nobraukt tikai vienas dienas laikā. Bet šis skaitītājs ir trešajā dimensijā! Tas būtu "nulltransports" vai "hipertransports".

Līdzīga situācija varētu rasties izliektā trīsdimensiju pasaulē. Kā mēs jau zinām, mūsu trīsdimensiju pasaule saskaņā ar vispārējās relativitātes teorijas idejām ir izliekta. Un tā kā izliekums ir atkarīgs no gravitācijas spēku lieluma, tad, ja būtu aptveroša četrdimensiju telpa, principā šo izliekumu varētu kontrolēt. Samaziniet vai palieliniet to. Un būtu iespējams "saliekt" trīsdimensiju telpu tādā veidā, ka mūsu "kosmosa maršruta" sākuma un beigu punktus atdala ļoti mazs attālums. Lai nokļūtu no viena uz otru, pietiktu "izlēkt" pa "četrdimensiju spraugu", kas tos atšķir. To domā zinātniskās fantastikas rakstnieki. Vēl viens jautājums: kā to var izdarīt?

Šīs ir četrdimensiju pasaules vilinošās priekšrocības … Tomēr, tāpat kā citām daudzdimensionālajām pasaulēm, tai ir arī “trūkumi”. Izrādās, ka, palielinoties izmēru skaitam, kustības stabilitāte samazinās. Neskaitāmi pētījumi liecina, ka divdimensiju telpā nekādi traucējumi nevar izjaukt līdzsvaru un noņemt ķermeni slēgtā orbītā ap citu ķermeni līdz bezgalībai. Trīs dimensiju telpā, tas ir, mūsu reālajā pasaulē, ierobežojumi jau ir daudz vājāki. Bet arī šeit ķermeņa, kas pārvietojas slēgtā orbītā, trajektorija var nonākt līdz bezgalībai tikai tad, ja traucējošais spēks ir ļoti liels.

Bet jau četrdimensiju telpā visas riņķveida trajektorijas izrādās nestabilas. Šādā telpā, piemēram, planētas nespētu griezties ap Sauli - vai nu tās nokristu uz tās, vai aizlidotu bezgalībā!

Izmantojot kvantu mehānikas vienādojumus, ir iespējams parādīt, ka pasaulē, kurā ir vairāk nekā trīs dimensijas, ūdeņraža atoms nevarētu pastāvēt kā stabila vienība. Notiktu neizbēgama elektrona krišana kodolā.

Tādējādi četru vai vairāku dimensiju pasaulē nevarētu pastāvēt ne dažādi ķīmiski elementi, ne planētu sistēmas …

Ceturtās dimensijas "pievienošana" mainītu arī dažas trīsdimensiju pasaules tīri ģeometriskās īpašības. Viena no nozīmīgajām ģeometrijas nozarēm, kurai ir ne tikai teorētiska, bet arī liela praktiska interese, ir tā saucamā pārvērtību teorija. Tas ir par to, kā mainās dažādas ģeometriskās formas, pārejot no vienas koordinātu sistēmas uz otru. Vienu no šiem ģeometrisko transformāciju veidiem sauc par “konformalu”. Tas ir tas, ko sauc par leņķa saglabāšanas transformācijām.

Iedomājieties vienkāršu ģeometrisku formu, piemēram, kvadrātu vai daudzstūri. Uz tā uzliksim patvaļīgu līniju režģi, sava veida "skeletu". Tad par “konformalu” mēs sauksim šādas koordinātu sistēmas pārvērtības, kurās mūsu kvadrāts vai taisnstūris nonāk jebkurā citā figūrā, bet tā, lai tiktu saglabāti leņķi starp “skeleta” līnijām. "Konformiskas" pārveidošanas ilustratīvs piemērs ir attēlu pārvietošana no zemeslodes virsmas (un parasti no jebkuras sfēriskas virsmas) uz plakni - šādi tiek veidotas ģeogrāfiskās kartes.

Izcils matemātiķis Bernhards Riemans 19. gadsimtā parādīja, ka jebkuru plakanu cietu (tas ir, bez "caurumiem" vai, kā matemātiķi saka, "vienkārši savienots") figūru var atbilstoši pārveidot par apli. Riemann mūsdienu Georges Liouville pierādīja vēl vienu svarīgu teorēmu, ka ne katru trīsdimensiju ķermeni var atbilstoši pārveidot par bumbiņu!

Tādējādi trīsdimensiju telpā konformisko pārveidojumu iespējas nebūt nav tik plašas kā plaknē. Tikai vienas koordinātu ass pievienošana uzliek diezgan stingrus papildu ierobežojumus telpas ģeometriskajām īpašībām.

Vai tāpēc mūsu reālā telpa ir precīzi trīsdimensiju, nevis divdimensiju vai, piemēram, piecu dimensiju? Varbūt viss ir tas, ka divdimensiju telpa ir pārāk brīva, un tieši pretēji - piecu dimensiju pasaules ģeometrija ir pārāk stingri "fiksēta"?

Un tiešām - kāpēc? Kāpēc telpa, kurā mēs dzīvojam, ir trīsdimensiju, nevis četrdimensiju vai piecu dimensiju?

Daži zinātnieki ir mēģinājuši atbildēt uz šo jautājumu, balstoties uz diezgan vispārīgiem filozofiskiem apsvērumiem. Pasaulei jābūt perfektai, to apgalvo, piemēram, Aristotelis, un tikai trīs dimensijas spēj nodrošināt šo pilnību.

Nākamais solis bija Galileo, kurš atzīmēja faktu, ka mūsu pasaulē var būt tikai trīs savstarpēji perpendikulāri virzieni. Bet Galileo nenodarbojās ar šī stāvokļa iemeslu noskaidrošanu.

Leibnica tomēr centās to izdarīt, izmantojot tīri ģeometriskus pierādījumus. Bet šie pierādījumi tika konstruēti spekulatīvi, ārpus savienojuma ar patiesībā esošo pasauli un tās īpašībām.

Tikmēr šis vai cits dimensiju skaits ir reālas telpas fizisks īpašums, un tam jābūt diezgan noteiktu fizisku iemeslu dēļ: daži dziļi fiziski likumi.

Atbilde uz šo jautājumu tika iegūta tikai 20. gadsimta otrajā pusē, kad tika formulēts tā saucamais antropiskais princips, atspoguļojot dziļāko saikni starp pašu cilvēka eksistenci un Visuma pamatīpašībām.

Visbeidzot, vēl viens jautājums. Relativitātes teorija runā par Visuma četrdimensionālo telpu. Bet tā nav precīzi iepriekšminētā četrdimensiju telpa: ceturtā dimensija tajā ir laiks. Kā jūs zināt, relativitātes teorija ir izveidojusi ciešu saikni starp telpu un matēriju. Bet ne tikai. Izrādījās, ka matērija un laiks ir arī tieši saistīti! Un rezultātā - telpa un laiks!

Paturot prātā šo atkarību, slavenais matemātiķis G. Minkovska, kura darbi veidoja relativitātes teorijas pamatu, apgalvoja: "Kopš šī brīža telpai un laikam pašam par sevi vajadzētu kļūt par ēnām, un neatkarību saglabās tikai īpaša veida to apvienojums." Tas bija Minkovskis, kurš ieteica izmantot nosacītu ģeometrisko modeli - četrdimensiju "telpas laiku", lai matemātiski izteiktu telpas un laika savstarpējo atkarību. Šajā nosacītajā telpā gar trim galvenajām asīm, kā parasti, tiek attēloti garuma intervāli, savukārt gar ceturto asi - laika intervāli.

Tādējādi relativitātes teorijas četrdimensiju "telpas laiks" ir tikai matemātiska ierīce, matemātikas palīgkonstrukcija, kas ļauj ērtā formā aprakstīt dažādus fizikālos procesus. Tāpēc apgalvot, ka mēs dzīvojam četrdimensionālā telpā, ir iespējams tikai tādā nozīmē, ka visi notikumi, kas notiek pasaulē, notiek ne tikai telpā, bet arī laikā.

Protams, jebkuras matemātiskas konstrukcijas, pat visabstraktākās, atspoguļo dažus realitātes aspektus, dažas attiecības starp patiešām esošiem objektiem un parādībām. Bet būtu rupja kļūda pielīdzināt matemātisko palīgiekārtu, kā arī specifisko parasto terminoloģiju, ko izmanto matemātikā un objektīvajā realitātē.

Šajā sakarā ir vērts pieminēt, ka matemātiskajā fizikā bieži tiek izmantota tehnika, ko sauc par "fāzes telpu" uzbūvi. Mēs runājam par nosacītām fizikālām un matemātiskām konstrukcijām, kurās daži fiziski parametri, piemēram, masa, impulss, enerģija, kustības ātrums, leņķiskais impulss utt., Tiek uzskatīti par daudzumiem, kas nogulsnēti pa tīri nosacītām "koordinātu asīm". Šādās "fāzes telpās" fiziska objekta vai sistēmas uzvedība izskatās kā tā kustība pa noteiktu nosacītu "trajektoriju". Un, kaut arī šī metode ir tīri patvaļīga, tā ļauj - kas ir diezgan ērti - vizuāli atspoguļot pētāmā objekta stāvokli un uzvedību.

Ņemot vērā šos apsvērumus, kļūst skaidrs, ka, atsaucoties uz relativitātes teoriju, apgalvot, ka mūsu pasaule faktiski ir četrdimensionāla, ir aptuveni tāds pats kā aizstāvēt ideju, ka tumši plankumi uz Mēness vai Marsa ir piepildīti ar ūdeni, pamatojoties uz to, ka astronomi sauc tos par jūrām.

V. Komarovs