Jedan od glavnih zadataka današnje teorijske fizike je pronaći odgovor na pitanje postoje li više dimenzije. Sastoji li se prostor doista samo od duljine, širine i visine ili je to samo ograničenje ljudske percepcije? Tisućljećima su znanstvenici snažno odbacivali ideju postojanja višedimenzionalnog prostora. Međutim, znanstvena i tehnološka revolucija se dosta promijenila i danas znanost više nije tako kategorična po pitanju viših dimenzija.
Koja je bit koncepta "višedimenzionalnog 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.
Duljina, širina i visina mogu se koristiti za opisivanje i zemaljskih objekata i nebeskih tijela - planeta, zvijezda i galaksija. Oni su također dovoljni za stvari koje nastanjuju mikrokozmos - molekule, atome i elementarnečestice. Četvrtom dimenzijom se smatra vrijeme.
Mora postojati najmanje pet dimenzija u višedimenzionalnom prostoru. Moderna teorijska fizika razvila je mnoge teorije za prostore s različitim dimenzijama - do 26. Postoji i teorija koja opisuje prostor s beskonačnim brojem dimenzija.
Od Euklida do Einsteina
Fizičari i matematičari antike, srednjeg vijeka i modernog doba kategorički su poricali mogućnost postojanja viših dimenzija. Neki matematičari čak su izveli opravdanja za ograničenje prostora s tri parametra. Euklidska geometrija pretpostavljala je samo tri dimenzije.
Prije pojave opće teorije relativnosti, znanstvenici su općenito smatrali višedimenzionalni prostor predmetom nedostojnim proučavanja i unapređenja teorija. Kada je Albert Einstein formulirao koncepte prostor-vremena, kombinirajući tri dimenzije s četvrtom, vrijeme, sigurnost u ovom pitanju je odmah nestala.
Teorija relativnosti dokazuje da vrijeme i prostor nisu odvojene i neovisne 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 jednadžbe 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. Ona se sastojala u činjenici da su više dimenzije komprimirane na nevjerojatno malu vrijednost, koja se zove Planckova vrijednost i iznosi 10-35. Nakon toga, ovo je formiralo osnovu drugih teorija višedimenzionalnog prostora.
Teorija struna
Ovo područje teorijske fizike daleko je najperspektivnije. Teorija struna tvrdi da je ono što su fizičari tražili od pojave opće teorije relativnosti. Ovo je takozvana teorija svega.
Činjenica je da su dva temeljna fizikalna principa - teorija relativnosti i kvantna mehanika - u nerazrješivoj suprotnosti jedno s drugim. Teorija svega je hipotetski koncept koji bi mogao objasniti ovaj paradoks. Zauzvrat, teorija struna je prikladnija za ovu ulogu.
Suština je da na subatomskoj razini strukture svijeta čestice vibriraju, slično vibraciji običnih žica, na primjer, violine. Odatle je teorija dobila ime. Štoviše, dimenzije ovih struna su iznimno male i fluktuiraju oko Planckove duljine - iste one koja se pojavljuje u Kaluza-Klein teoriji. Ako se atom poveća na veličinu galaksije, tada će struna doseći 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 sudjeluju u njegovom razvoju. Međutim, još nije moguće eksperimentalno dokazati odredbe teorije.
Hilbertov prostor
Druga teorija koja opisuje više dimenzije je Hilbertov prostor. Opisao ga je njemački matematičar David Hilbert dok je radio na teoriji integralnih jednadžbi.
Hilbertov prostor je matematička teorija koja opisuje svojstva euklidskog prostora u beskonačnoj dimenziji. To jest, to je višedimenzionalni prostor s beskonačnim brojem dimenzija.
Hiperprostor u znanstvenoj fantastici
Ideja o multidimenzionalnom prostoru rezultirala je mnogim znanstvenofantastičnim 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 poznatu sagu o Ratovima zvijezda i TV seriju Babylon 5.
Radnja filma "Interstellar" gotovo je u potpunosti vezana uz idejuvišim dimenzijama. U potrazi za prikladnim planetom za kolonizaciju, junaci putuju svemirom kroz crvotočine – hipersvemirski tunel koji vodi do drugog sustava. I pred kraj, glavni lik ulazi u svijet višedimenzionalnog prostora uz pomoć kojeg uspijeva prenijeti informacije u prošlost. Film također jasno pokazuje vezu između prostora i vremena, koju je zaključio Einstein: za astronaute vrijeme 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, nalaze se u paralelnim svemirima, gdje susreću svoje alternativne verzije.
Ideja o višedimenzionalnom prostoru je još uvijek fantastična i nedokazana. Međutim, danas je mnogo bliži i stvarniji nego prije nekoliko desetljeća. Sasvim je moguće da će u sljedećem stoljeću znanstvenici otkriti način kretanja u višim dimenzijama i, prema tome, putovati u paralelnim svjetovima. Do tada će ljudi puno maštati o ovoj temi, izmišljajući nevjerojatne priče.
