Часть четвертая. Измерительная
По утверждениям физиков мы живем в трехмерном мире.
Что это значит?
Википедия гласит: Трёхме́рное простра́нство — геометрическая модель материального мира. Это пространство называется трёхмерным, так как оно имеет три однородных измерения — длину, ширину и высоту, то есть трёхмерное пространство описывается тремя единичными ортогональными векторами.
Понимание трёхмерного пространства людьми, как считается, развивается ещё в младенчестве, и тесно связано с координацией движений человека. Визуальная способность воспринимать окружающий мир органами чувств в трёх измерениях называется восприятием глубины.
Также существуют другие системы координат, наиболее часто используются цилиндрическая и сферическая системы.
Теория узлов — изучение вложений одномерных многообразий в трёхмерное евклидово пространство или в сферу. В более широком смысле предметом теории узлов являются вложения сфер в многообразия и вложения многообразий в целом.
Нульмерное, одномерное и двухмерное пространства могут рассматриваться как располагающиеся в трёхмерном пространстве; само оно может считаться частью модели четырёхмерного пространства (четвёртым измерением иногда называют время
Многомерные пространства — миф или реальность? Большинству из нас, или, возможно, всем нам невозможно представить мир, состоящий из более чем трех пространственных измерений. Правильно ли утверждение, что такой мир не может существовать? Или просто человеческий разум не способен вообразить дополнительные измерения — измерения, которые могут оказаться такими же реальными, как и другие вещи, которые мы не можем увидеть?
Мы достаточно часто слышим что-нибудь вроде «трехмерное пространство», или «многомерное пространство», или «четырехмерное пространство». Возможно, вы знаете, что мы живем в четырехмерном пространстве-времени. Что это означает и почему это интересно, почему математики и не только математики изучают такие пространства?
Вопрос: что такое четырехмерное пространство? Представить его себе не так-то просто, но можно думать о том, что это пространство, в котором каждая точка задается четырьмя числами. На самом деле мы с вами действительно живем в четырехмерном пространстве-времени, потому что события нашей жизни кодируются как раз четырьмя числами — помимо положения в пространстве, есть еще и время. Например, если вы назначаете свидание, то вы можете сделать это так: вы можете указать три числа, которые будут соответствовать точке в пространстве, и обязательно указать время, которое обычно задается в часах, минутах, секундах, но можно было бы закодировать его одним числом. Например, количество секунд, прошедших с определенной даты, — это тоже одно число. Таким образом получается четырехмерное пространство-время.
Представить себе геометрию этого четырехмерного пространства-времени не очень просто. Например, мы с вами привыкли к тому, что в нашем обычном трехмерном пространстве две плоскости могут пересекаться по прямой либо быть параллельными. Но не бывает такого, чтобы две плоскости пересекались в одной точке. Две прямые могут пересечься в одной точке, а на плоскости не могут в трехмерном пространстве. А в четырехмерном пространстве две плоскости могут и чаще всего пересекаются в одной точке. Можно представлять себе, хотя это уже совсем сложно, пространство большей размерности. На самом деле математики, когда работают с пространствами высокой размерности, чаще всего говорят просто: допустим, пятимерное пространство — это пространство, в котором точка задается пятью числами, пятью координатами. Безусловно, математики разработали разные методы, которые позволяют понимать что-то о геометрии такого пространства.
Всем знакомо сокращение 3D, означающее «трёхмерный» (буква D — от слова dimension — измерение). Например, выбирая в кинотеатре фильм с пометкой 3D, мы точно знаем: для просмотра придётся надеть специальные очки, но зато картинка будет не плоской, а объёмной. А что такое 4D? Существует ли «четырёхмерное пространство» в реальности? И можно ли выйти в «четвёртое измерение»? Чтобы ответить на эти вопросы, начнём с самого простого геометрического объекта — точки. Точка нульмерна. У неё нет ни длины, ни ширины, ни высоты. Сдвинем теперь точку по прямой на некоторое расстояние. Допустим, что наша точка — остриё карандаша; когда мы её сдвинули, она прочертила отрезок. У отрезка есть длина, и больше никаких измерений: он одномерен. Отрезок «живёт» на прямой; прямая является одномерным пространством
Возьмём теперь отрезок и попробуем его сдвинуть так, как раньше точку. Можно представить себе, что наш отрезок — это основание широкой и очень тонкой кисти. Если мы выйдем за пределы прямой и будем двигаться в перпендикулярном направлении, получится прямоугольник. У прямоугольника есть два измерения — ширина и высота. Прямоугольник лежит в некоторой плоскости. Плоскость — это двумерное пространство (2D), на ней можно ввести двумерную систему координат — каждой точке будет соответствовать пара чисел. (Например, декартова система координат на школьной доске или широта и долгота на географической карте.). Если сдвинуть прямоугольник в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой он лежит, получится «кирпичик» (прямоугольный параллелепипед) — трёхмерный объект, у которого есть длина, ширина и высота; он расположен в трёхмерном пространстве, в таком, в каком живём мы с вами. Поэтому мы хорошо представляем себе, как выглядят трёхмерные объекты. Но если бы мы жили в двумерном пространстве — на плоскости, — нам пришлось бы изрядно напрячь воображение, чтобы представить себе, как можно сдвинуть прямоугольник, чтобы он вышел из той плоскости, в которой мы живём.
Представить себе четырёхмерное пространство для нас также довольно непросто, хотя очень легко описать математически. Трёхмерное пространство — это пространство, в котором положение точки задаётся тремя числами (например, положение самолёта задаётся долготой, широтой и высотой над уровнем моря). В четырёхмерном же пространстве точке соответствует четвёрка чисел-координат. «Четырёхмерный кирпич» получается сдвигом обычного кирпичика вдоль какого-то направления, не лежащего в нашем трёхмерном пространстве; он имеет четыре измерения. На самом деле мы сталкиваемся с четырёхмерным пространством ежедневно: например, назначая свидание, мы указываем не только место встречи (его можно задать тройкой чисел), но и время (его можно задавать одним числом, например количеством секунд, прошедших с определенной даты). Если посмотреть на настоящий кирпич, у него есть не только длина, ширина и высота, но ещё и протяженность во времени — от момента создания до момента разрушения.
Физик скажет, что мы живём не просто в пространстве, а в пространстве-времени; математик добавит, что оно четырёхмерно. Так что четвёртое измерение ближе, чем кажется
Так что мы можем сказать о четырехмерном мире? Как мы уже выяснили, он должен состоять из множества трехмерных миров, из множества пространств. А теперь подумаем о том, что в каждый момент времени пространство меняется. Каждое мгновение пространство уже новое, хотя и похожее на предыдущее. Таким образом, мы можем говорить, что живем в ЧЕТЫРЕХМЕРНОМ мире, так как в течение жизни мы проходим БЕСКОНЕЧНОЕ количество пространств, которые сменяют друг друга в течение времени. Время же будет четвертым измерением этого мира, ведь каждому пространству мы может поставить в соответствие временную координату. Вроде бы тоже не сложно.
Исходя из этой логики, пятимерный мир должен состоять из множества четырехмерных миров. Тут-то мы уже не можем представить это сходу, нужен анализ посложнее.
Популярные сейчас стандартная модель и теория суперструн делит измерения на пространственные и временные. Современная М-теория говорит о существовании 10 пространственных измерений. Дело даже не в непонимании идеологами теории струн СУТИ измерений и многомерных миров, не в том, что их почему-то 10, а в том, что оно говорит, что «скрученные» измерения имеют ПРОСТРАНСТВЕННУЮ ПРОТЯЖЕННОСТЬ, отличную от нуля. Получается, что координата в этих измерениях зависит от координаты в трех измерениях. Это вообще противоречит тому, что измерения должны быть не связаны между собой, и что можно передвигаться в одном из них, оставаясь неподвижным в других. Это хорошая попытка объяснить строение мира, но она слишком сложна, уравнения теории струн иногда не в состоянии решить даже суперкомпьютеры, а суть исследований сводится к тому, что на основе уже действующих законов выяснить ФОРМУ свернутых измерений, чтобы с помощью этой форму объяснить эти же законы.
Теория струн — это теория о том, что фундаментальными составляющими Вселенной являются одномерные "струны", а не точечные частицы (как это принято наукой). Эти бесконечные струны совершают колебания, которые похожи на движения струн.
Согласно науке, если постоянно увеличивать любой предмет под микроскопом, сначала можно увидеть молекулы, которые состоят из атомов, они состоят из электронов и ядер, ядра состоят из протонов и нейтронов, внутри нейтрона мы увидим кварки.
Считается, что после этого больше ничего нет. Однако согласно теории струн, внутри этих кварков существуют тончайшие вибрирующие струны.
Эта недоказанная теория в физике элементарных частиц объединяет квантовую механику и общую теорию относительности Эйнштейна.
Некоторые физики считают, что при объединении квантовой физики и гравитации в одну именно у этой теории больше всего шансов стать "теорией всего" (гипотетический фундамент, который объясняет абсолютно все физические явления).
Однако есть и другие учёные, которые думают, что она является почти псевдонаукой, поскольку её практически невозможно проверить экспериментальным путём.
Теория суперструн — это сокращение от "суперсимметричная теория струн"; это ещё одна версия теории струн, которая для моделирования гравитации:
учитывает фермионы (частица с полуцелым значением спина),
учитывает бозоны (частица с целым значением спина),
включает суперсимметрию (связь между фермионами и бозонами).
Теория струн — это общее название всей области. Главное теоретическое отличие между теорией струн и теорией суперструн заключается в существовании суперсимметрии.
Так что там с пятым измерением?
Видя на своем пути человека или какой-либо объект, мы машинально оцениваем или прикидываем на глаз его параметры – высоту (или рост), ширину (или объемы), глубину (те же объемы, но в другом направлении). Однако видим мы его в конкретный момент времени, то есть на определенной точке временной прямой. Если бы мозг человека был приспособлен к видению прошлого и будущего, то пред нами представала бы вся история объекта созерцания, начиная с момента зарождения и заканчивая кончиной, так же как и его рост. Если вы смогли представить себе нечто подобное, то можно переходить к объяснению того, как происходит вхождение в пятимерное пространство. Говоря простыми словами, это бесконечное количество вариантов развития событий. Выбирайте любую точку на временном отрезке и в этот конкретный момент производите то или иное действие. В зависимости от того, каким оно будет, вам будут представлены варианты бытия, или так называемые альтернативные реальности. Это и есть пятимерное пространство, созданное за счет четырех, идущих перед ним
Впервые к выводу о том, что существует пятое измерение с такими вот на первый взгляд нереальными свойствами, физики пришли после того, как была открыта теория струн. В соответствии с ней, одна квантовая частица может одновременно находиться в бессчетном количестве мест, координаты которых разбросаны по пространству нашей Вселенной. Эта находка нашла свое отражение даже в кинематографе. Фильм "Интерстеллар" продемонстрировал, как выглядит пятимерное пространство. Главный герой попадает в пространственно-временной коридор, где созерцает самого себя на различных этапах жизни. Более того, он видит бесконечное количество вариантов развития этой самой жизни, которые зависят от его решений. Отдаленно эта тема также затронута в картине "Господин Никто", поднимающей важнейший вопрос – вопрос выбора.
Гиперкуб – геометрическое определение, которое не встречается в школьном курсе геометрии, однако уже давно существует в официальной науке. Оно используется для обобщенного наименования всех кубов с произвольным числом измерений. Пентакуб или пентеракт непосредственно являют собой фигуру, которая строится в куб в пятимерном пространстве, который имеет 80 ребер, 32 вершины, 80 граней. он также состоит из 40 трехмерных кубов, которые в данном случае называются ячейками, и из 10 тессерактов (четырехмерные ячейки-кубы). Статичное изображение пентеракта – это лишь его проекция, которая не может отобразить его истинную натуру и свойства. Рассматривать данную фигуру лучше всего в динамике, хотя и это зрелище вызывает у человека полное ощущение нереальности происходящего.
Каких-то 50 лет назад все в мире были уверены в том, что ученые деятели не имеют ничего общего с людьми, обладающими так сказать сверхъестественными способностями. Со стороны первых приводились точные формулы, практические доказательства и факты, описывающие все явления в нашем мире. Вторая же категория людей и их приверженцы видели мир сквозь некую магическую призму, объясняя все, что в нем происходит, влиянием тонких миров. В наши дни та самая квантовая теория, а также теоретически существующее пятимерное пространство построили мостик между ранее враждующими лагерями. Ученые более не отрицают, что мозг человека и его сознание играют важную роль в мироздании и даже могут оказывать влияние на поведение частиц, из которых состоят атомы. Именно отсюда произошла еще одна невероятная версия, описывающая все эти загадочные явления.
Любители медитации, люди, практикующие осознанные сновидения, а также различного рода медиумы знают, где находятся туннели или проходы в пятимерное пространство. По их мнению, это не что иное, как астрал, в который можно попасть путем отделения разума от телесной оболочки. Как утверждают эзотерики, пятое измерение действительно не имеет никаких границ, ни временных, ни пространственных. В нем у человека появляются совсем иные свойства, он сам становится другим, приобретает новые потребности.
Продолжение следует...