Jedan od glavnih zadataka teorijske fizike danas je pronaći odgovor na pitanje da li postoje više dimenzije. Da li se prostor zaista sastoji samo od dužine, širine i visine, ili je to samo ograničenje ljudske percepcije? Milenijumima su naučnici snažno odbacivali ideju postojanja višedimenzionalnog prostora. Međutim, naučno-tehnološka revolucija se dosta promijenila i danas nauka više nije tako kategorična po pitanju viših dimenzija.
Šta je suština koncepta "multidimenzionalnog prostora"?
Čovjek živi u svijetu koji se sastoji od tri dimenzije. Koordinate bilo kojeg objekta mogu se izraziti u tri vrijednosti. A ponekad i dva - kada je u pitanju ono što je na površini Zemlje.
Dužina, širina i visina se mogu koristiti za opisivanje i zemaljskih objekata i nebeskih tijela - planeta, zvijezda i galaksija. Dovoljni su i za stvari koje naseljavaju mikrokosmos - molekule, atome i elementarnečestice. Četvrta dimenzija se smatra vremenom.
Mora postojati najmanje pet dimenzija u višedimenzionalnom prostoru. Moderna teorijska fizika razvila je mnoge teorije za prostore različitih dimenzija - do 26. Postoji i teorija koja opisuje prostor sa beskonačnim brojem dimenzija.
Od Euklida do Ajnštajna
Fizičari i matematičari antike, srednjeg vijeka i modernog doba kategorički su poricali mogućnost postojanja viših dimenzija. Neki matematičari su čak izveli opravdanja za ograničenje prostora sa tri parametra. Euklidska geometrija pretpostavljala je samo tri dimenzije.
Pre pojave opšte teorije relativnosti, naučnici su generalno smatrali da je višedimenzionalni prostor predmet nedostojan proučavanja i unapređenja teorija. Kada je Albert Ajnštajn formulisao koncept prostor-vremena, kombinujući tri dimenzije sa četvrtom, vremenom, izvesnost u ovoj stvari je odmah nestala.
Teorija relativnosti dokazuje da vrijeme i prostor nisu odvojene i nezavisne stvari. Na primjer, ako se astronauti ukrcaju na brod koji se dugo kreće velikom brzinom, tada će po povratku na Zemlju biti mlađi od svojih vršnjaka. Razlog je taj što će za njih proći manje vremena nego za ljude na Zemlji.
Kaluza-Klein teorija
Godine 1921., njemački matematičar Theodor Kaluza, koristeći jednačine teorije relativnosti, stvorio je teoriju kojakoji je po prvi put spojio gravitaciju i elektromagnetizam. Prema ovoj teoriji, prostor ima pet dimenzija (uključujući vrijeme).
Godine 1926. švedski fizičar Oscar Klein izveo je opravdanje za nevidljivost pete dimenzije, koju je opisao Kaluza. Sastojao se u činjenici da su veće dimenzije komprimirane na nevjerovatno malu vrijednost, koja se zove Plankova vrijednost i iznosi 10-35. Nakon toga, ovo je formiralo osnovu za druge teorije višedimenzionalnog prostora.
Teorija struna
Ova oblast teorijske fizike je daleko najperspektivnija. Teorija struna tvrdi da je ono što su fizičari tražili od pojave opšte teorije relativnosti. Ovo je takozvana teorija svega.
Činjenica je da su dva fundamentalna fizička principa - teorija relativnosti i kvantna mehanika - u nerazrješivoj suprotnosti jedan s drugim. Teorija svega je hipotetički koncept koji bi mogao objasniti ovaj paradoks. Zauzvrat, teorija struna je prikladnija za ovu ulogu.
Suština je da na subatomskom nivou strukture svijeta čestice vibriraju, slično vibraciji običnih žica, na primjer, violine. Otuda je teorija dobila ime. Štaviše, dimenzije ovih struna su izuzetno male i fluktuiraju oko Plankove dužine - iste one koja se pojavljuje u Kaluza-Klein teoriji. Ako se atom poveća na veličinu galaksije, tada će struna dostići veličinu odraslog stabla. Teorija struna radi samo u višedimenzionalnom prostoru. A ima ih nekolikoverzije. Neki zahtijevaju 10-dimenzionalni prostor, dok drugi zahtijevaju 26-dimenzionalni prostor.
U vrijeme svog nastanka, fizičari su teoriju struna doživljavali s velikim skepticizmom. Ali danas je najpopularniji, a mnogi teoretski fizičari se bave njegovim razvojem. Međutim, još uvijek nije moguće eksperimentalno dokazati odredbe teorije.
Hilbertov prostor
Još jedna teorija koja opisuje veće dimenzije je Hilbertov prostor. Nju je opisao njemački matematičar David Hilbert dok je radio na teoriji integralnih jednačina.
Hilbertov prostor je matematička teorija koja opisuje svojstva euklidskog prostora u beskonačnoj dimenziji. To jest, to je višedimenzionalni prostor sa beskonačnim brojem dimenzija.
Hiperprostor u naučnoj fantastici
Ideja multidimenzionalnog prostora rezultirala je mnogim naučnofantastičnim zapletima - i književnim i filmskim.
Tako, u tetralogiji Dana Simmonsa "Songs of Hyperion", čovječanstvo koristi mrežu hiperprostornih nul-portala sposobnih za trenutni prijenos objekata na velike udaljenosti. U Starship Troopers Roberta Heinleina, vojnici također koriste hipersvemir za putovanja.
Ideja hipersvemirskog leta korištena je u mnogim filmovima svemirske opere, uključujući čuvenu sagu o Ratovima zvijezda i TV seriju Babylon 5.
Radnja filma "Interstellar" je skoro u potpunosti vezana za idejuveće dimenzije. U potrazi za pogodnom planetom za kolonizaciju, junaci putuju svemirom kroz crvotočine - hipersvemirski tunel koji vodi do drugog sistema. I pred kraj, glavni lik ulazi u svijet višedimenzionalnog prostora, uz pomoć kojeg uspijeva prenijeti informacije u prošlost. Film takođe jasno pokazuje vezu između prostora i vremena, koju je zaključio Ajnštajn: za astronaute vreme prolazi sporije nego za likove na Zemlji.
U filmu "Cube 2: Hypercube" likovi se nalaze unutar teserakta. Tako se u teoriji viših dimenzija naziva višedimenzionalna kocka. U potrazi za izlazom, oni se nalaze u paralelnim svemirima, gdje susreću svoje alternativne verzije.
Ideja o multidimenzionalnom prostoru je još uvijek fantastična i nedokazana. Međutim, danas je mnogo bliži i stvarniji nego prije nekoliko decenija. Sasvim je moguće da će u sledećem veku naučnici otkriti način da se kreću u višim dimenzijama i, prema tome, putuju u paralelnim svetovima. Do tada, ljudi će mnogo maštati o ovoj temi, izmišljajući nevjerovatne priče.
