إحدى المهام الرئيسية للفيزياء النظرية اليوم هي إيجاد إجابة لسؤال ما إذا كانت هناك أبعاد أعلى. هل يتكون الفضاء حقًا فقط من الطول والعرض والارتفاع ، أم أنه مجرد تقييد للإدراك البشري؟ لآلاف السنين ، رفض العلماء بشدة فكرة وجود فضاء متعدد الأبعاد. ومع ذلك ، فقد تغيرت الثورة العلمية والتكنولوجية كثيرًا ، واليوم لم يعد العلم قاطعًا في مسألة الأبعاد العليا.
ما هو جوهر مفهوم "الفضاء متعدد الأبعاد"؟
يعيش الإنسان في عالم يتكون من ثلاثة أبعاد. يمكن التعبير عن إحداثيات أي كائن بثلاث قيم. وأحيانًا اثنان - عندما يتعلق الأمر بما هو على سطح الأرض.
يمكن استخدام الطول والعرض والارتفاع لوصف كل من الأجسام الأرضية والأجرام السماوية - الكواكب والنجوم والمجرات. إنها أيضًا كافية للأشياء التي تعيش في العالم المصغر - الجزيئات والذرات والأوليةحبيبات. البعد الرابع هو الزمن.
يجب أن يكون هناك خمسة أبعاد على الأقل في مساحة متعددة الأبعاد. طورت الفيزياء النظرية الحديثة العديد من النظريات للمساحات ذات الأبعاد المختلفة - حتى 26. هناك أيضًا نظرية تصف مساحة بعدد لا نهائي من الأبعاد.
من اقليدس الى اينشتاين
أنكر الفيزيائيون وعلماء الرياضيات في العصور القديمة والعصور الوسطى والعصر الحديث بشكل قاطع إمكانية وجود أبعاد أعلى. حتى أن بعض علماء الرياضيات استنتجوا مبررات لتقييد المساحة بثلاثة معايير. افترضت الهندسة الإقليدية ثلاثة أبعاد فقط.
قبل ظهور النسبية العامة ، اعتبر العلماء عمومًا الفضاء متعدد الأبعاد على أنه موضوع لا يستحق الدراسة والنهوض بالنظريات. عندما صاغ ألبرت أينشتاين مفاهيم الزمكان ، بدمج الأبعاد الثلاثة مع الرابع ، الزمان ، اختفى اليقين في هذه المسألة على الفور.
نظرية النسبية تثبت أن الزمان والمكان ليسا أشياء منفصلة ومستقلة. على سبيل المثال ، إذا صعد رواد الفضاء على متن سفينة تتحرك بسرعة عالية لفترة طويلة ، فعند عودتهم إلى الأرض سيكونون أصغر من أقرانهم. والسبب هو أن الوقت سيمضي بالنسبة لهم أقل من الوقت الذي يمر به البشر على الأرض.
نظرية كلوزه كلاين
في عام 1921 ، ابتكر عالم الرياضيات الألماني ثيودور كالوزا ، باستخدام معادلات نظرية النسبية ، نظريةالتي جمعت لأول مرة بين الجاذبية والكهرومغناطيسية. وفقًا لهذه النظرية ، للفضاء خمسة أبعاد (بما في ذلك الوقت).
في عام 1926 ، استنتج الفيزيائي السويدي أوسكار كلاين تبرير إخفاء البعد الخامس ، الذي وصفه كلوزا. كان يتألف من حقيقة أن الأبعاد الأعلى مضغوطة إلى قيمة صغيرة بشكل لا يصدق ، والتي تسمى قيمة بلانك وهي 10-35. بعد ذلك ، شكل هذا أساس النظريات الأخرى للفضاء متعدد الأبعاد.
نظرية الأوتار
هذا المجال من الفيزياء النظرية هو إلى حد بعيد أكثر المجالات الواعدة. تدعي نظرية الأوتار أنها ما كان يبحث عنه الفيزيائيون منذ ظهور النسبية العامة. هذا ما يسمى بنظرية كل شيء.
الحقيقة هي أن مبدأين فيزيائيين أساسيين - نظرية النسبية وميكانيكا الكم - يتعارضان مع بعضهما البعض. نظرية كل شيء هي مفهوم افتراضي يمكن أن يفسر هذا التناقض. في المقابل ، تعتبر نظرية الأوتار أكثر ملاءمة لهذا الدور.
جوهرها هو أنه على المستوى دون الذري لبنية العالم ، تهتز الجسيمات ، على غرار اهتزاز الأوتار العادية ، على سبيل المثال ، الكمان. هذا هو المكان الذي حصلت النظرية على اسمها منه. علاوة على ذلك ، فإن أبعاد هذه الأوتار صغيرة للغاية وتتقلب حول طول بلانك - وهو نفس الحجم الذي يظهر في نظرية كالوزا كلاين. إذا تم تكبير الذرة إلى حجم مجرة ، فإن الخيط سيصل فقط إلى حجم الشجرة البالغة. تعمل نظرية الأوتار فقط في الفضاء متعدد الأبعاد. وهناك العديدالإصدارات. يتطلب البعض مساحة 10 أبعاد ، والبعض الآخر يتطلب مساحة 26 بعد.
في وقت نشأتها ، كان علماء الفيزياء ينظرون إلى نظرية الأوتار بقدر كبير من الشك. لكنها اليوم هي الأكثر شعبية ، ويشارك العديد من علماء الفيزياء النظرية في تطويرها. ومع ذلك ، لا يزال من غير الممكن إثبات أحكام النظرية تجريبياً.
مساحة هلبرت
نظرية أخرى تصف أبعادًا أعلى هي فضاء هيلبرت. وصفها عالم الرياضيات الألماني ديفيد هيلبرت أثناء عمله على نظرية المعادلات المتكاملة.
مساحة هلبرت هي نظرية رياضية تصف خصائص الفضاء الإقليدي في البعد اللانهائي. أي أنه فضاء متعدد الأبعاد بعدد لا نهائي من الأبعاد.
Hyperspace في الخيال العلمي
أدت فكرة الفضاء متعدد الأبعاد إلى العديد من مؤامرات الخيال العلمي - الأدبية والسينمائية.
وهكذا ، في رباعية "Songs of Hyperion" لدان سيمونز ، تستخدم البشرية شبكة من البوابات الفارغة الفائقة المكانية القادرة على نقل الأشياء على الفور عبر مسافة طويلة. في Starship Troopers من Robert Heinlein ، يستخدم الجنود أيضًا الفضاء الزائد للسفر.
تم استخدام فكرة الطيران عبر الفضاء في العديد من أفلام أوبرا الفضاء ، بما في ذلك ملحمة حرب النجوم الشهيرة والمسلسل التلفزيوني بابل 5.
حبكة فيلم "Interstellar" مرتبطة بالكامل تقريبًا بالفكرةأبعاد أعلى. بحثًا عن كوكب مناسب للاستعمار ، يسافر الأبطال عبر الفضاء عبر الثقوب الدودية - نفق فائق الفضاء يؤدي إلى نظام آخر. وفي النهاية ، تدخل الشخصية الرئيسية إلى عالم الفضاء متعدد الأبعاد ، والذي تمكن من خلاله من نقل المعلومات إلى الماضي. يُظهر الفيلم بوضوح أيضًا العلاقة بين المكان والزمان ، التي استنتجها أينشتاين: بالنسبة لرواد الفضاء ، يمر الوقت ببطء أكبر من مرور الشخصيات على الأرض.
في فيلم "Cube 2: Hypercube" تجد الشخصيات نفسها داخل قطعة أرض. لذلك في نظرية الأبعاد الأعلى يسمى المكعب متعدد الأبعاد. بحثًا عن مخرج ، يجدون أنفسهم في أكوان متوازية ، حيث يلتقون بنسخهم البديلة.
فكرة الفضاء متعدد الأبعاد لا تزال رائعة وغير مثبتة. ومع ذلك ، فهي اليوم أقرب بكثير وأكثر واقعية مما كانت عليه قبل بضعة عقود. من الممكن تمامًا أن يكتشف العلماء في القرن القادم طريقة للتحرك في أبعاد أعلى ، وبالتالي السفر في عوالم متوازية. حتى ذلك الحين ، سيتخيل الناس كثيرًا حول هذا الموضوع ، ويبتكرون قصصًا مذهلة.
