یکی از وظایف اصلی فیزیک نظری امروزه یافتن پاسخی برای این سؤال است که آیا ابعاد بالاتری وجود دارد یا خیر. آیا واقعاً فضا فقط از طول، عرض و ارتفاع تشکیل شده است یا فقط محدودیت درک انسان است؟ برای هزاران سال، دانشمندان به شدت ایده وجود فضای چند بعدی را رد کردند. با این حال، انقلاب علمی و فناوری بسیار تغییر کرده است و امروزه علم دیگر در بحث ابعاد بالاتر چندان قاطع نیست.
جوهر مفهوم "فضای چند بعدی" چیست؟
انسان در دنیایی زندگی می کند که از سه بعد تشکیل شده است. مختصات هر شی را می توان در سه مقدار بیان کرد. و گاهی اوقات دو - وقتی صحبت از آنچه در سطح زمین است.
طول، عرض و ارتفاع را می توان برای توصیف اجرام زمینی و اجرام آسمانی - سیارات، ستارگان و کهکشان ها استفاده کرد. آنها همچنین برای چیزهایی که در جهان کوچک زندگی می کنند - مولکول ها، اتم ها و ابتدایی کافی هستندذرات. بعد چهارم زمان در نظر گرفته می شود.
در یک فضای چند بعدی باید حداقل پنج بعد وجود داشته باشد. فیزیک نظری مدرن نظریه های زیادی را برای فضاهایی با ابعاد مختلف - تا 26 - ایجاد کرده است. همچنین نظریه ای وجود دارد که فضایی را با تعداد نامتناهی ابعاد توصیف می کند.
از اقلیدس تا انیشتین
فیزیکدانان و ریاضیدانان دوران باستان، قرون وسطی و دوران مدرن به طور قاطعانه امکان وجود ابعاد بالاتر را رد کردند. برخی از ریاضیدانان حتی برای محدودیت فضا بر اساس سه پارامتر توجیهاتی را استنباط کردند. هندسه اقلیدسی فقط سه بعد را در نظر گرفت.
قبل از ظهور نسبیت عام، دانشمندان عموماً فضای چند بعدی را موضوعی می دانستند که ارزش مطالعه و پیشبرد نظریه ها را ندارد. وقتی آلبرت انیشتین مفاهیم فضا-زمان را با ترکیب سه بعد با بعد چهارم فرموله کرد، زمان، یقین در این موضوع بلافاصله ناپدید شد.
نظریه نسبیت ثابت می کند که زمان و مکان چیزهای جدا و مستقلی نیستند. برای مثال، اگر فضانوردان سوار کشتی‌هایی شوند که برای مدت طولانی با سرعت بالا حرکت می‌کند، پس از بازگشت به زمین، جوان‌تر از همتایان خود خواهند بود. دلیل آن این است که زمان کمتری برای آنها نسبت به انسان های روی زمین می گذرد.
نظریه کالوزا-کلین
در سال 1921، تئودور کالوزا، ریاضیدان آلمانی، با استفاده از معادلات نظریه نسبیت، نظریه ای را ایجاد کرد کهکه برای اولین بار گرانش و الکترومغناطیس را با هم ترکیب کرد. طبق این نظریه، فضا دارای پنج بعد (شامل زمان) است.
در سال 1926، فیزیکدان سوئدی، اسکار کلاین، توجیه نامرئی بودن بعد پنجم را که توسط کالوزا توصیف شده بود، استنباط کرد. این شامل این واقعیت است که ابعاد بالاتر به یک مقدار بسیار کوچک فشرده می شود که به آن مقدار پلانک می گویند و 10-35 است. متعاقباً، این اساس دیگر نظریه‌های فضای چند بعدی را تشکیل داد.
نظریه ریسمان
این حوزه از فیزیک نظری به مراتب امیدوارکننده‌ترین حوزه است. نظریه ریسمان ادعا می کند همان چیزی است که فیزیکدانان از زمان ظهور نسبیت عام به دنبال آن بوده اند. این به اصطلاح نظریه همه چیز است.
واقعیت این است که دو اصل اساسی فیزیکی - نظریه نسبیت و مکانیک کوانتومی - در تضاد غیر قابل حلی با یکدیگر هستند. نظریه همه چیز یک مفهوم فرضی است که می تواند این پارادوکس را توضیح دهد. به نوبه خود، نظریه ریسمان برای این نقش مناسب تر است.
ماهیت آن این است که در سطح زیر اتمی ساختار جهان، ذرات مانند ارتعاش سیم های معمولی، مثلاً یک ویولن، ارتعاش می کنند. نام این نظریه از اینجاست. علاوه بر این، ابعاد این رشته ها بسیار کوچک است و در حول طول پلانک در نوسان است - همان چیزی که در نظریه کالوزا-کلین ظاهر می شود. اگر یک اتم به اندازه یک کهکشان بزرگ شود، آنگاه این رشته فقط به اندازه یک درخت بالغ خواهد رسید. نظریه ریسمان فقط در فضای چند بعدی کار می کند. و چندین وجود داردنسخه ها برخی به فضای 10 بعدی نیاز دارند، در حالی که برخی دیگر به فضای 26 بعدی نیاز دارند.
در زمان شروع، نظریه ریسمان توسط فیزیکدانان با شک و تردید زیادی درک شد. اما امروزه محبوب ترین است و بسیاری از فیزیکدانان نظری درگیر توسعه آن هستند. با این حال، هنوز نمی توان مفاد نظریه را به صورت تجربی اثبات کرد.
فضای هیلبرت
نظریه دیگری که ابعاد بالاتر را توصیف می کند، فضای هیلبرت است. این توسط ریاضیدان آلمانی دیوید هیلبرت هنگام کار بر روی نظریه معادلات انتگرال توصیف شد.
فضای هیلبرت یک نظریه ریاضی است که ویژگی های فضای اقلیدسی را در بعد بی نهایت توصیف می کند. یعنی فضایی چند بعدی با تعداد نامتناهی ابعاد است.
Hyperspace در داستان های علمی تخیلی
ایده فضای چند بعدی منجر به طرح های علمی تخیلی بسیاری شده است - هم ادبی و هم سینمایی.
بنابراین، در تترالوژی "Songs of Hyperion" دن سیمونز، بشریت از شبکه ای از پورتال های تهی فرافضایی استفاده می کند که قادر به انتقال فوری اشیاء در فاصله طولانی هستند. در سربازان استارشیپ رابرت هاینلین، سربازان همچنین از فضای فرافضا برای سفر استفاده می‌کنند.
ایده پرواز فرافضا در بسیاری از فیلم‌های اپرای فضایی، از جمله حماسه معروف جنگ ستارگان و مجموعه تلویزیونی Babylon 5 استفاده شده است.
طرح فیلم "بین ستاره ای" تقریباً به طور کامل به ایده گره خورده است.ابعاد بالاتر در جستجوی سیاره ای مناسب برای استعمار، قهرمانان از طریق کرم چاله ها در فضا سفر می کنند - یک تونل ابرفضا که به سیستم دیگری منتهی می شود. و در انتها شخصیت اصلی وارد دنیای فضای چند بعدی می شود که با کمک آن موفق می شود اطلاعات را به گذشته منتقل کند. این فیلم همچنین به وضوح ارتباط بین فضا و زمان را نشان می دهد که توسط انیشتین استنباط شده است: برای فضانوردان، زمان کندتر از شخصیت های روی زمین می گذرد.
در فیلم «مکعب ۲: هایپرمکعب» شخصیت‌ها خود را درون یک تسراکت می‌بینند. بنابراین در تئوری ابعاد بالاتر مکعب چند بعدی نامیده می شود. در جستجوی راهی برای خروج، آنها خود را در جهان‌های موازی می‌بینند، جایی که نسخه‌های جایگزین خود را ملاقات می‌کنند.
ایده فضای چند بعدی هنوز خارق العاده و اثبات نشده است. با این حال، امروز بسیار نزدیکتر و واقعی تر از چند دهه پیش است. این کاملاً ممکن است که در قرن آینده دانشمندان راهی برای حرکت در ابعاد بالاتر و در نتیجه سفر در جهان های موازی کشف کنند. تا آن زمان، مردم در مورد این موضوع خیال پردازی زیادی می کنند و داستان های شگفت انگیزی را اختراع می کنند.
