Толкните куб по полу. Сильно. В течение нескольких секунд, пока он движется, вы наблюдаете за проявлением четырёх измерений. Первые три — это высота, ширина и глубина. Эти измерения вы видите непосредственно на самом кубе — даже не нужно его пинать, чтобы ощутить их. Последнее измерение — это время, и вы видите его через движение куба. Это и есть время. Хотя мы не можем видеть само время, изменение положения объекта — это, пожалуй, самое близкое, что мы можем воспринять, и в данном контексте это вполне логично.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos
Это четыре измерения — но часто, особенно при обсуждении свойств пространства-времени, добавляют ещё и пятое измерение. Оно считается микроизмерением, в отличие от полноценных измерений, которые можно наблюдать, глядя на движущийся куб. Даже уже перечисленные четыре измерения составляют то, что мы называем «тканью пространства-времени».
Пятое измерение появилось, когда физики пытались объединить все части Вселенной в нечто логичное — точнее, они стремились объединить все фундаментальные силы во Вселенной в рамках единой системы. Так возникла теория Калуги-Клейна, целью которой было объединение гравитации и электромагнитной силы в пятом измерении.
Математический взгляд на пятое измерение
Позднее выяснилось, что эти расчёты были немного неточны, но они стали основой для дальнейших математических утверждений, касающихся пятого микроизмерения. Первые расчёты в рамках теории Калуги-Клейна заключались в том, чтобы свернуть пятое измерение в плотную петлю размером примерно 10^-33 сантиметра.
С этого момента Оскар Клейн предположил, что свет в большей степени проявляется в пятом измерении, а то, что мы видим, — это его разбавленная версия. Представьте, что вы плаваете под водой в бассейне, а на поверхности идут рябь. Вы воспринимаете эту рябь как тени, а не как настоящие волны. Именно так Клейн представлял свет — большая его часть находится в пятом измерении.
Так он смог установить связь между двумя основными силами — гравитацией и электромагнетизмом, которые в нашем воспринимаемом мире кажутся не связанными. Впоследствии эта идея эволюционировала в теорию суперструн и супергравитацию, а затем в теорию M. В конечном итоге, теория Калуги-Клейна превратилась в калибровочную теорию — то есть в вид полевой теории, в которой лагранжиан не меняется при локальных преобразованиях.
Если взглянуть на то, какие есть намёки на существование пятого измерения, их немного. Пятое измерение было бы чрезвычайно трудно наблюдать, поскольку, как уже отмечалось, оно «не воспринимается нами». Подобно тому, как, плавая под водой, вы не видите рябь на поверхности — так и здесь: вы не сможете увидеть пятое измерение, потому что оно находится «над» вами, на другой плоскости.
Однако это не значит, что нужно терять всякую надежду — напротив, стоит обратить внимание на уже полученные данные, в основном благодаря Большому адронному коллайдеру, одному из крупнейших ускорителей частиц в мире.
Что мы знаем о пятом измерении
Наиболее важное здесь — это то, что мы всё ещё говорим о гипотезе пятого измерения. Хотя оно довольно широко принято в физике и математике благодаря своей логике в рамках уравнений, мы всё ещё не можем его наблюдать или полностью подтвердить его существование. Однако с помощью экспериментов на Большом адронном коллайдере стали появляться намёки на его наличие во Вселенной.
Существует идея о том, что при столкновении субатомных частиц могут возникать дополнительные частицы, одной из которых может быть гипотетический гравитон. В этом сценарии гравитон покидает четвёртое измерение и «просачивается» в пятимерную область. Это объяснение помогает понять, почему гравитация кажется такой слабой.
Хотя мы считаем гравитацию достаточно сильной, на самом деле она считается слабой, поскольку её довольно легко преодолеть в определённых обстоятельствах, особенно другими силами. Вспомните электромагнит — он способен поднимать предметы. Это означает, что он преодолевает гравитацию, а значит, является более сильной силой.
Предположение о пятимерном пространстве делает гипотезу о слабости гравитации более логичной, поэтому эта идея широко рассматривается как теоретическая модель в физике. Более того, пятое измерение называется микроизмерением потому, что мы не имеем к нему прямого доступа — мы не видим его, хотя и взаимодействуем с ним.
Представьте это как аналогию с колониальной Америкой и Британской империей. В этом случае колониальная Америка представляет четыре измерения, с которыми мы взаимодействуем. А Англия (или Великобритания) хоть и взаимодействовала с колониями, но сама по себе не присутствовала там напрямую всё время.
Наконец, это открывает дорогу другим теориям, которым нужно больше одного измерения и которые требуют такого «плавного» объединения фундаментальных сил. Позже теория Эйнштейна-Максвелла работала с пятимерной моделью, стремясь вывести её на основе расстояний. Изначально идея заключалась в том, чтобы «вписать» электромагнетизм в собственную нишу в рамках пространства-времени, но это не сработало. До настоящего момента предположение и использование пятого измерения — лучшее, что у нас есть.
Что всё это значит: краткое содержание (TL;DR)
Пятое измерение — это микродизмерение, которое признано в физике и математике. Оно необходимо для создания элегантной связи между гравитацией и электромагнетизмом — двумя фундаментальными силами, которые кажутся несвязанными в рамках обычного четырёхмерного пространства-времени.
На данный момент мы не можем увидеть пятое измерение, потому что оно действует на более высоком уровне, чем наш. Именно поэтому мы не можем изучить его напрямую или полностью доказать его существование.
Тем не менее, существуют теории и эксперименты, проведённые с помощью Большого адронного коллайдера, которые поддерживают и укрепляют гипотезу о переходе гравитонов из четырёх измерений в пятое.
И всё же пятое микродизмерение остаётся важным, потому что оно помогает развивать и поддерживать другие физические теории, которые приобретают больше смысла, если учитывать структуру самих измерений.