დღეს თეორიული ფიზიკის ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა პასუხის პოვნა კითხვაზე, არის თუ არა უფრო მაღალი განზომილებები. სინამდვილეში სივრცე მხოლოდ სიგრძისგან, სიგანისა და სიმაღლისგან შედგება, თუ ეს მხოლოდ ადამიანის აღქმის შეზღუდვაა? ათასწლეულების მანძილზე მეცნიერები კატეგორიულად უარყოფდნენ მრავალგანზომილებიანი სივრცის არსებობის იდეას. თუმცა, სამეცნიერო და ტექნოლოგიური რევოლუცია ძალიან შეიცვალა და დღეს მეცნიერება აღარ არის ისეთი კატეგორიული უმაღლესი განზომილებების საკითხში.
რა არის "მრავალგანზომილებიანი სივრცის" კონცეფციის არსი?
ადამიანი ცხოვრობს სამყაროში, რომელიც შედგება სამი განზომილებისგან. ნებისმიერი ობიექტის კოორდინატები შეიძლება გამოიხატოს სამი მნიშვნელობით. და ზოგჯერ ორი - როდესაც საქმე ეხება რა არის დედამიწის ზედაპირზე.
სიგრძე, სიგანე და სიმაღლე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ხმელეთის ობიექტების, ასევე ციური სხეულების - პლანეტების, ვარსკვლავებისა და გალაქტიკების აღსაწერად. ისინი ასევე საკმარისია მიკროსამყაროში მობინადრე საგნებისთვის - მოლეკულები, ატომები და ელემენტარულინაწილაკები. მეოთხე განზომილებად ითვლება დრო.
მრავალგანზომილებიან სივრცეში უნდა იყოს მინიმუმ ხუთი განზომილება. თანამედროვე თეორიულმა ფიზიკამ შეიმუშავა მრავალი თეორია სხვადასხვა განზომილებების მქონე სივრცეებისთვის - 26-მდე. ასევე არსებობს თეორია, რომელიც აღწერს სივრცეს უსასრულო რაოდენობის განზომილებით.
ევკლიდედან აინშტაინამდე
ანტიკური, შუა საუკუნეების და თანამედროვეობის ფიზიკოსები და მათემატიკოსები კატეგორიულად უარყოფდნენ უმაღლესი განზომილებების არსებობის შესაძლებლობას. ზოგიერთმა მათემატიკოსმა გამოიტანა დასაბუთება სივრცის სამი პარამეტრით შეზღუდვის შესახებ. ევკლიდეს გეომეტრია მხოლოდ სამ განზომილებას იღებდა.
ზოგადი ფარდობითობის გაჩენამდე, მეცნიერები ზოგადად მრავალგანზომილებიან სივრცეს თეორიების შესწავლისა და წინსვლის უღირს საგანად მიიჩნევდნენ. როდესაც ალბერტ აინშტაინმა ჩამოაყალიბა დრო-სივრცის ცნებები, აერთიანებდა სამ განზომილებას მეოთხეს, დრო, ამ საკითხში დარწმუნება მაშინვე გაქრა.
ფარდობითობის თეორია ამტკიცებს, რომ დრო და სივრცე არ არის ცალკეული და დამოუკიდებელი საგნები. მაგალითად, თუ ასტრონავტები ჩაჯდებიან გემზე, რომელიც დიდი სიჩქარით მოძრაობს, მაშინ დედამიწაზე დაბრუნების შემდეგ ისინი თანატოლებზე ახალგაზრდები იქნებიან. მიზეზი ის არის, რომ მათთვის ნაკლები დრო გავა, ვიდრე ადამიანები დედამიწაზე.
Kaluza-Klein თეორია
1921 წელს გერმანელმა მათემატიკოსმა თეოდორ კალუზამ ფარდობითობის თეორიის განტოლებების გამოყენებით შექმნა თეორია, რომლის მიხედვითაცრომელმაც პირველად გააერთიანა გრავიტაცია და ელექტრომაგნიტიზმი. ამ თეორიის მიხედვით სივრცეს აქვს ხუთი განზომილება (დროის ჩათვლით).
1926 წელს შვედმა ფიზიკოსმა ოსკარ კლეინმა გამოიტანა კალუზას მიერ აღწერილი მეხუთე განზომილების უხილავობის დასაბუთება. იგი მდგომარეობდა იმაში, რომ უმაღლესი ზომები შეკუმშულია წარმოუდგენლად მცირე მნიშვნელობამდე, რომელსაც პლანკის მნიშვნელობა ეწოდება და არის 10-35. შემდგომში ეს დაედო საფუძველს მრავალგანზომილებიანი სივრცის სხვა თეორიებს.
სიმების თეორია
თეორიული ფიზიკის ეს სფერო გაცილებით პერსპექტიულია. სიმების თეორია ამტკიცებს, რომ არის ის, რასაც ფიზიკოსები ეძებენ ზოგადი ფარდობითობის გაჩენის შემდეგ. ეს არის ყველაფრის ეგრეთ წოდებული თეორია.
ფაქტი ისაა, რომ ორი ფუნდამენტური ფიზიკური პრინციპი - ფარდობითობის თეორია და კვანტური მექანიკა - გადაუჭრელ წინააღმდეგობაშია ერთმანეთთან. ყველაფრის თეორია არის ჰიპოთეტური კონცეფცია, რომელსაც შეუძლია ამ პარადოქსის ახსნა. თავის მხრივ, სიმების თეორია უფრო შეეფერება ამ როლს.
მისი არსი იმაში მდგომარეობს, რომ სამყაროს სტრუქტურის სუბატომურ დონეზე ნაწილაკები ვიბრირებენ, როგორც ჩვეულებრივი სიმების ვიბრაცია, მაგალითად, ვიოლინო. სწორედ აქედან მიიღო თეორიამ სახელი. უფრო მეტიც, ამ სიმების ზომები უკიდურესად მცირეა და მერყეობს პლანკის სიგრძის გარშემო - იგივე, რაც ჩანს კალუზა-კლეინის თეორიაში. თუ ატომი გალაქტიკის ზომამდე გადიდებულია, მაშინ სიმები მხოლოდ ზრდასრული ხის ზომას მიაღწევს. სიმების თეორია მუშაობს მხოლოდ მრავალგანზომილებიან სივრცეში. და არის რამდენიმევერსიები. ზოგიერთს ესაჭიროება 10-განზომილებიანი სივრცე, ზოგი კი 26-განზომილებიან სივრცეს.
დაარსების დროს სიმების თეორია ფიზიკოსებმა დიდი სკეპტიციზმით აღიქვეს. მაგრამ დღეს ის ყველაზე პოპულარულია და მის განვითარებაში ბევრი თეორიული ფიზიკოსია დაკავებული. თუმცა თეორიის დებულებების ექსპერიმენტულად დამტკიცება ჯერ არ არის შესაძლებელი.
ჰილბერტის სივრცე
კიდევ ერთი თეორია, რომელიც აღწერს უფრო მაღალ განზომილებებს, არის ჰილბერტის სივრცე. იგი აღწერა გერმანელმა მათემატიკოსმა დევიდ ჰილბერტმა ინტეგრალური განტოლებების თეორიაზე მუშაობისას.
ჰილბერტის სივრცე არის მათემატიკური თეორია, რომელიც აღწერს ევკლიდური სივრცის თვისებებს უსასრულო განზომილებაში. ანუ ეს არის მრავალგანზომილებიანი სივრცე განზომილებების უსასრულო რაოდენობით.
ჰიპერსივრცე სამეცნიერო ფანტასტიკაში
მრავალგანზომილებიანი სივრცის იდეამ გამოიწვია მრავალი სამეცნიერო ფანტასტიკური სიუჟეტი - როგორც ლიტერატურული, ისე კინემატოგრაფიული.
ამგვარად, დენ სიმონსის "ჰიპერიონის სიმღერებში" ტეტრალოგიაში კაცობრიობა იყენებს ჰიპერსივრცული ნულ-პორტალების ქსელს, რომელსაც შეუძლია ობიექტების მყისიერი გადატანა დიდ მანძილზე. რობერტ ჰაინლაინის Starship Troopers-ში ჯარისკაცები ასევე იყენებენ ჰიპერსივრცეს მოგზაურობისთვის.
ჰიპერსივრცეში ფრენის იდეა გამოიყენეს ბევრ კოსმოსურ საოპერო ფილმში, მათ შორის ცნობილ ვარსკვლავური ომების საგასა და სერიალ ბაბილონში 5.
ფილმის "Interstellar" სიუჟეტი თითქმის მთლიანად არის მიბმული იდეასთანუფრო მაღალი ზომები. კოლონიზაციისთვის შესაფერისი პლანეტის მოსაძებნად, გმირები კოსმოსში მოგზაურობენ ჭიის ხვრელებში - ჰიპერსივრცის გვირაბში, რომელიც მიდის სხვა სისტემაში. დასასრულს კი მთავარი გმირი მრავალგანზომილებიანი სივრცის სამყაროში შედის, რომლის დახმარებითაც ახერხებს ინფორმაციის წარსულში გადატანას. ფილმში ასევე ნათლად ჩანს აინშტაინის მიერ გამოტანილი კავშირი სივრცესა და დროს შორის: ასტრონავტებისთვის დრო უფრო ნელა გადის, ვიდრე დედამიწაზე არსებული პერსონაჟებისთვის.
ფილმში "კუბი 2: ჰიპერკუბი" გმირები აღმოჩნდებიან ტესერაქტის შიგნით. ასე რომ, უფრო მაღალი განზომილებების თეორიაში მრავალგანზომილებიანი კუბი ეწოდება. გამოსავლის ძიებაში ისინი აღმოჩნდებიან პარალელურ სამყაროებში, სადაც ხვდებიან თავიანთ ალტერნატიულ ვერსიებს.
მრავალგანზომილებიანი სივრცის იდეა ჯერ კიდევ ფანტასტიკური და დაუმტკიცებელია. თუმცა, დღეს ის ბევრად უფრო ახლოს და რეალურია, ვიდრე რამდენიმე ათეული წლის წინ. სავსებით შესაძლებელია, რომ მომავალ საუკუნეში მეცნიერებმა აღმოაჩინონ გზა, რომ გადაადგილდნენ უფრო მაღალ განზომილებებში და, შესაბამისად, იმოგზაურონ პარალელურ სამყაროებში. მანამდე ხალხი ბევრს იფანტაზიორებს ამ თემაზე, იგონებს საოცარ ისტორიებს.
