Uma das principais tarefas da física teórica hoje é encontrar uma resposta para a questão de saber se existem dimensões superiores. O espaço realmente consiste apenas em comprimento, largura e altura, ou é apenas uma limitação da percepção humana? Por milênios, os cientistas rejeitaram fortemente a ideia da existência de um espaço multidimensional. No entanto, a revolução científica e tecnológica mudou muito, e hoje a ciência não é mais tão categórica na questão das dimensões superiores.
Qual é a essência do conceito de "espaço multidimensional"?
O homem vive em um mundo que consiste em três dimensões. As coordenadas de qualquer objeto podem ser expressas em três valores. E às vezes dois - quando se trata do que está na superfície da Terra.
Comprimento, largura e altura podem ser usados para descrever tanto objetos terrestres quanto corpos celestes - planetas, estrelas e galáxias. Eles também são suficientes para as coisas que habitam o microcosmo - moléculas, átomos e elementos elementarespartículas. A quarta dimensão é considerada o tempo.
Deve haver pelo menos cinco dimensões em um espaço multidimensional. A física teórica moderna desenvolveu muitas teorias para espaços com dimensões diferentes - até 26. Há também uma teoria que descreve um espaço com um número infinito de dimensões.
De Euclides a Einstein
Físicos e matemáticos da Antiguidade, da Idade Média e dos tempos modernos negaram categoricamente a possibilidade da existência de dimensões superiores. Alguns matemáticos chegaram a deduzir justificativas para a limitação do espaço por três parâmetros. A geometria euclidiana assumiu apenas três dimensões.
Antes do advento da relatividade geral, os cientistas geralmente consideravam o espaço multidimensional um assunto indigno de estudo e avanço de teorias. Quando Albert Einstein formulou os conceitos de espaço-tempo, combinando três dimensões com a quarta, o tempo, a certeza neste assunto desapareceu imediatamente.
A teoria da relatividade prova que tempo e espaço não são coisas separadas e independentes. Por exemplo, se os astronautas embarcarem em um navio que se move em alta velocidade por um longo tempo, ao retornar à Terra eles serão mais jovens que seus pares. A razão é que passará menos tempo para eles do que para os humanos na Terra.
Teoria Kaluza-Klein
Em 1921, o matemático alemão Theodor Kaluza, usando as equações da teoria da relatividade, criou uma teoria queque pela primeira vez combinou gravidade e eletromagnetismo. De acordo com essa teoria, o espaço tem cinco dimensões (incluindo o tempo).
Em 1926, o físico sueco Oscar Klein deduziu a justificativa para a invisibilidade da quinta dimensão, descrita por Kaluza. Consistia no fato de que as dimensões mais altas são comprimidas para um valor incrivelmente pequeno, que é chamado de valor de Planck e é 10-35. Posteriormente, isso formou a base de outras teorias do espaço multidimensional.
Teoria das cordas
Esta área da física teórica é de longe a mais promissora. A teoria das cordas afirma ser o que os físicos têm procurado desde o advento da relatividade geral. Esta é a chamada teoria de tudo.
O fato é que dois princípios físicos fundamentais - a teoria da relatividade e a mecânica quântica - estão em contradição insolúvel um com o outro. A teoria de tudo é um conceito hipotético que poderia explicar esse paradoxo. Por sua vez, a teoria das cordas é mais adequada para esse papel.
A essência disso é que no nível subatômico da estrutura do mundo, partículas vibram, semelhante à vibração das cordas comuns, por exemplo, um violino. Foi daí que surgiu a teoria. Além disso, as dimensões dessas cordas são extremamente pequenas e oscilam em torno do comprimento de Planck - o mesmo que aparece na teoria de Kaluza-Klein. Se um átomo for aumentado para o tamanho de uma galáxia, a corda atingirá apenas o tamanho de uma árvore adulta. A teoria das cordas só funciona no espaço multidimensional. E há váriosversões. Alguns requerem espaço de 10 dimensões, enquanto outros requerem espaço de 26 dimensões.
Na época de sua criação, a teoria das cordas era percebida pelos físicos com grande ceticismo. Mas hoje é o mais popular, e muitos físicos teóricos estão envolvidos em seu desenvolvimento. No entanto, ainda não é possível provar experimentalmente as provisões da teoria.
espaço de Hilbert
Outra teoria que descreve dimensões superiores é o espaço de Hilbert. Foi descrito pelo matemático alemão David Hilbert enquanto trabalhava na teoria das equações integrais.
Espaço de Hilbert é uma teoria matemática que descreve as propriedades do espaço euclidiano em dimensão infinita. Ou seja, é um espaço multidimensional com um número infinito de dimensões.
Hiperespaço na ficção científica
A ideia de espaço multidimensional resultou em muitas tramas de ficção científica - tanto literárias quanto cinematográficas.
Assim, na tetralogia "Songs of Hyperion" de Dan Simmons, a humanidade usa uma rede de portais nulos hiperespaciais capazes de transferir instantaneamente objetos a uma longa distância. Em Starship Troopers de Robert Heinlein, os soldados também usam o hiperespaço para viajar.
A ideia de voo hiperespacial tem sido usada em muitos filmes de ópera espacial, incluindo a famosa saga Star Wars e a série de TV Babylon 5.
O enredo do filme "Interestelar" está quase inteiramente ligado à ideiadimensões mais altas. Em busca de um planeta adequado para colonização, os heróis viajam pelo espaço através de buracos de minhoca - um túnel hiperespacial que leva a outro sistema. E no final, o personagem principal entra no mundo do espaço multidimensional, com a ajuda do qual consegue transferir informações para o passado. O filme também mostra claramente a conexão entre espaço e tempo, deduzida por Einstein: para os astronautas, o tempo passa mais devagar do que para os personagens da Terra.
No filme "Cube 2: Hypercube" os personagens se encontram dentro de um tesserato. Assim, na teoria de dimensões superiores é chamado de cubo multidimensional. Em busca de uma saída, eles se encontram em universos paralelos, onde encontram suas versões alternativas.
A ideia de um espaço multidimensional ainda é fantástica e não comprovada. No entanto, hoje é muito mais próximo e real do que há algumas décadas. É bem possível que no próximo século os cientistas descubram uma maneira de se mover em dimensões superiores e, portanto, viajar em mundos paralelos. Até lá, as pessoas vão fantasiar muito sobre esse tema, inventando histórias incríveis.
