10 измерений Вселенной, объясняющих ее устройство
Когда кто-то говорит о «разных измерениях», мы почему-то сразу начинаем думать о параллельных вселенных – альтернативных реальностях, существующих параллельно нашей, в которых все устроено по-другому. Однако реальность измерений и роли, которую они играют в организации нашей Вселенной, заставляет отойти от такого подхода и задуматься об измерениях внутри одной Вселенной, а не совокупности параллельных.
В действительности измерения — это разные грани того, что мы понимаем под реальностью и как мы ее воспринимаем. С детства мы знакомы с тремя измерениями, которые окружают нас — это то, что мы называем длиной, шириной и глубиной. В школе мы называли это осями X, Y и Z. Ученые предполагают, что помимо этих трех видимых измерений, есть и другие. Так, согласно теории суперструн, Вселенная существует в десяти различных измерениях, которые определяют саму Вселенную, фундаментальные силы природы и все элементарные частицы в ней.
Три видимых измерения
Итак, три измерения, которые мы можем воспринимать, это те самые оси X, Y и Z. Первое измерение – это ось X, длина. Объект, существующий только в одном измерении – это прямая линия. Если добавить к этому второе измерение – ось Y, ширину – то получится уже двухмерное изображение, например, квадрат или прямоугольник. И, наконец, третье измерение – ось Z, глубина – делает объект объемным. Так, квадрат становится кубом, а прямоугольник – параллелепипедом. Они существуют в трех измерениях, у них есть ширина, длина и глубина, что делает их объемными.
Помимо этих трех измерений выделяют еще семь, которые не так легко сразу назвать и которые мы не воспринимает так же легко, как первые три. Но они все оказывают прямое воздействие на Вселенную и делают реальность такой, какой мы ее знаем.
Время как одно из измерений
Четвертым измерением ученые считают время. Это еще одно измерение, которые мы умеем воспринимать, просто не всем приходит в голову считать время измерением. В совокупности с тремя другими измерениями знание положения объекта во времени позволяет определить его положение во Вселенной.
Остальные шесть измерений гораздо сложнее поддаются восприятию, и даже далеко не всем ученым они подвластны. Тем не менее, давайте попробуем разобраться.
Шесть дополнительных измерений
В соответствии с теорией суперструн, пятое и шестое измерение возникают там же, где и возможные другие миры. Если бы мы могли воспринять пятое измерение, мы бы увидели мир, который немного отличается от нашего, и смогли бы оценить сходства и различия между ними.
В шестом измерении мы бы увидели уже целую совокупность возможных миров, и смогли бы расположить на открывшейся плоскости все Вселенные, которые зародились так же, как и наша, с Большого Взрыва. Теоретически, овладев пятым и шестым измерениями, человек мог бы путешествовать во времени, в том числе выбрать другое будущее.
В седьмом измерении мы получаем доступ к возможным мирам, которые начались с другими начальными условиями. Если на предыдущих двух уровнях Вселенные начинались с Большого взрыва, а затем развивались по-разному, то в новом измерении отличаются и изначальные условия. В восьмом измерении появляется еще одна плоскость всех возможных историй развития Вселенной, каждая из которых начинается с разных начальных условий и разветвляется бесконечным числом возможных способов.
Наконец, в девятом измерении появляется возможность сопоставить все эти сценарии Вселенной, с разными начальными условиями и разными путями дальнейшего развития. Десятое измерение – это точка, в которой мы можем охватить все возможное и вообразимое. За пределами этого финального измерения мы не можем представить ничего, это граница того, что мы можем постичь в различных измерениях.
Эти шесть дополнительных измерений (с пятого по десятое), которые мы ощущаем и не постигаем в обычной жизни, согласно теории струн, объясняют фундаментальные природные взаимодействия. То, что мы можем воспринимать только три измерения (те самые оси X, Y, Z и время), говорит о том, что либо все остальные измерения очень компактны и представлены в мельчайшем масштабе, либо мир существует в трехмерном подмногообразии соответствующем бране, где все известные частицы будут ограничены. Брана в теории струн – это фундаментальный многомерный физический объект такой размерности меньшей размерности пространства, где он находится. Если дополнительные измерения компактны, то они, скорее всего, представлены в форме многообразия Калаби-Яу (см. изображение).
Теория струн, как и другие претенденты на то, чтобы объяснить, как устроен мир, предлагает примирить физику элементарных частиц с существованием гравитации. Это попытка объяснить, как взаимодействуют силы в нашей Вселенной и как могут быть устроены другие существующие или возможные Вселенные. И для этого нужно предположить существование десяти измерений.
Наши органы чувств не замечают эти измерения, но они могли определять формирование Вселенной еще с самого начала ее возникновения. Ученые считают, что если бы они могли посмотреть назад во времени и с помощью телескопов, они бы увидели свет ранней Вселенной, испущенный миллиарды лет назад, и узнали, как эти дополнительные измерения могли повлиять на эволюцию космоса.
Источник
Десять измерений
Упрощенное объяснение 10 измерений Теории струн.
Представьте, что вы живете в озере. Вы рыба с глазами по обе стороны головы, и все, что вы знаете, это подводный мир растительности и других рыб, плавающих вокруг вас. Солнечный свет проникает, рассеивается и преломляется через воду. Вы в своей жизни убеждены, что этот подводный мир всё, что есть, потому что это всё, что вы можете видеть и ощуать. Тем не менее, существует совершенно новая среда за пределами вашей видимости — та, где животным не нужна вода, чтобы дышать, а цветы расцветают в гораздо более засушливом мире.
Это физическая ситуация, в которой и мы находимся. Мы такие же рыбы, и эти все измерения более трехмерного,— это новые среды, которые мы не можем воспринимать. На самом деле Теория струн, которая пытается примирить относительность с квантовой механикой (законы очень большого с очень малым), работает только в том случае, если предположить, что существует гораздо больше, чем четыре измерения, к которым мы привыкли. Физики верят, но пока не могут доказать, что в Мультивселенной существует до 11 измерений. Да, Мультивселенная, это где вселенные — пузыри, которые иногда объединяются вместе или расходятся. Это разделение пузырей вселенных — одна из возможностей того, что могло бы вызвать Большой взрыв.
Итак, упрощенное изложение 10 измерений Теории струн.
Первое измерение
Линия, соединяющая две точки. Нет ни глубины, ни высоты, только ширина. Это можно назвать осью X.
Второе измерение
Теперь мы добавили высоту или ось Y. Представьте любую плоскую фигуру, например треугольник.
Третье измерение
Теперь мы добавили глубину или ось Z. Это измерение, в котором мы ощущаем окружающий нас мир. Оно включает в себя объем и способность получать поперечные сечения от объектов. Вы можете думать об этом измерении как о пространстве без времени.
Четвертое измерение
Четвертое измерение не является пространственным, а состоит из времени. Время помогает построить местоположение объекта во Вселенной, а также добавляет способ изменения третьего измерения. Помните, мы назвали третье измерение пространством без времени? Ну, теперь у нас официально появилось космическое время.
«Время относительно, ясно? Оно может растягиваться, и оно может сжиматься, но… оно не может бежать назад. Просто не может. Единственное, что может перемещаться по измерениям, например времени, — это гравитация».
– Кристофер Нолан (Christopher Nolan), режиссер ильма Interstellar
Пятое измерение
С этого момента появляются более высокие измерения. Они незаметны для нас, считают ученые, потому что они существуют на субатомном уровне. Эти размеры скручиваются сами по себе в процессе, известном как компактификация. Размеры здесь на самом деле имеют дело с возможностями.
В пятом измерении будет новый мир, который позволит нам увидеть сходства и различия между нашим миром и этим новым, существующим в том же положении и имеющим то же начало, что и наша планета, т. е. в результате Большого взрыва.
Шестое измерение
Шестое измерение — это целая плоскость новых миров, которая позволит вам увидеть все возможные будущие, настоящие и прошлые события с тем же началом, что и наша Вселенная.
Седьмое измерение
В седьмом измерении вплоть до девятого, у нас теперь появляется возможность новых вселенных с новыми физическими силами природы и различными законами гравитации и света. Седьмое измерение — это начало этого, где мы сталкиваемся с новыми вселенными, которые имеют иное начало, чем наше. То есть они появились не в результате Большого взрыва.
Восьмое измерение
Это измерение — плоскость всех возможных прошлых и будущих времен для каждой Вселенной, простирающаяся бесконечно.
Девятое измерение
Девятое измерение раскрывает все универсальные законы физики и условия каждой отдельной Вселенной.
Десятое или одиннадцатое измерение
Некоторые ученые считают, что мультивселенная имеет только 10 измерений, в то время как другие говорят об 11-ти. Однако Мультивселенная не может иметь более 11 измерений из-за собственной консистенции — они становятся неустойчивыми и сворачиваются обратно в 10 или 11 измерений. На данный момент, всё возможно. Есть всё будущее и всё прошлое, все начала и все концы, бесконечно расширенное, измерение всего, что вы можете себе представить. Всё складывается вместе.
Теория струн также имеет ответ о загадочном моменте до того, как произошел Большой взрыв. Тогда Вселенная состояла из девяти совершенно симметричных измерений и одного временного измерения. Четыре фундаментальные силы, о которых рассказывалось в Кратком описании Вселенной, — гравитация, слабое и сильное ядерные взаимодействия и электромагнетизм удерживались вместе при чрезвычайно высоком давлении и температуре. Когда это состояние стало неустойчивым, оно раскололось на измерения времени и пространства, которые мы знаем сегодня. Первые четыре заметны нам, в то время как последние шесть или семь были уменьшены до размера меньше, чем атом.
В то время как идея мультивселенной забавна с точки зрения научной фантастики и мечтаний, она также математически обоснована и обеспечит основу для Теории всего, что и является попыткой Теории струн. Это было бы прекрасное сочетание науки, математики и мистики.
Источник
Сколько измерений может иметь Вселенная? Где они, и почему мы их не видим?
Мир может выглядеть совершенно не так, как мы себе его представляем. Допустим, мы привыкли видеть всё окружающее в привычном нам цветовом спектре, и нам кажется, что мир именно такой, каким мы его созерцаем. Змеи видят всё совершенно в других красках благодаря инфракрасным рецепторам, находящимся в их голове, — тепловое излучение предметов человек увидит только с помощью специальных приборов, а змеи – собственными глазами. И у кого же из нас верное восприятие мира? Разумеется, и у человека, и у змеи, только вот если человек окажется в тёмной комнате один на один с мышью, то он её не заметит. Человек будет думать, что в комнате никого нет. А окажись в этой комнате змея вместо человека, она сразу же увидит тепловое излучение мыши, и, соответственно, голодной она, скорее всего, не останется. Поэтому, если мы чего-то не видим, это не означает, что этого чего-то нет. Возможно, дополнительные измерения во Вселенной находятся совершенно рядом с нами, как и та мышь, просто мы не ощущаем их, и, соответственно, даже не знаем, с чего начать их поиски.
Нам известны четыре измерения: три пространственных (длина, ширина, высота) и одно – временное. Это очень легко представить на простом примере: если вы хотите встретиться со своим другом, вы договоритесь с ним и о месте встречи, и о времени, ведь невозможно указать место, но не сказать, во сколько вы туда придёте, и наоборот – невозможно организовать встречу, оговорив время, но не сказав, где именно вы увидитесь. Но хочется опять вспомнить пример со змеёй: помимо наших ощущаемых четырёх измерений есть что-то ещё. Физики-теоретики полагают, что Вселенная может иметь, как минимум, около 10 измерений, и мы со своими четырьмя измерениями буквально «встроены» в неё, поэтому пока другие измерения нам не доступны!
Разберём всё по порядку.
У точки нет измерения – оно нулевое. У линии – одно, первое измерение – это длина. Если к этой линии пририсовать ещё одну, то получится второе измерение – ширина (вместе получается плоскость).
Если бы мир был двумерным, он был бы плоским (наверняка эта версия понравилась бы фанатам плоской Земли). Все, кто жили бы в двух измерениях, не смогли бы сойти со своих листов и выглядели бы как нарисованные герои в комиксах. Представить трёхмерный мир нам проще всего, так как мы живём в нём всю свою жизнь. С четвёртым, временным измерением, тоже всё вроде бы понятно на первый взгляд, а что дальше?
Иронично мы называем себя «муравьями» в сравнении с очень умными инопланетянами, которые по неведомым причинам не хотят с нами общаться. Что ж, следующим нашим героем будет муравей. Итак, представим, что у нас есть двумерное измерение – для этого прекрасно подойдёт плоская поверхность стола. На его поверхность мы начали выкладывать листы газеты. Когда на столе не останется свободного места, можно сказать, что двумерная поверхность стола исчерпана. На одном из газетных листов оказался муравей. Представим, что он плоский, двумерный, как герой комикса. Как отправить его в наше, третье измерение? Если мы положим на стол целую стопку газет, проделаем в этой стопке отверстие, то муравей сможет поползти вверх – так ему станет доступно третье измерение (высота).
Можно провести с нашим муравьём ещё один эксперимент: представим, что он ползёт по краю газеты. Если мы согнём газету по середине, то муравей мгновенно переместится с одного края газеты на другой. Таким образом, мы переместили муравья путём перегибания двумерного объекта из измерения более низкого порядка в измерение более высокого порядка, который и является нашим третьим измерением.
Итак, три измерения описываются тремя словами: длина, ширина, высота. А какое слово подобрать для четвёртого измерения? Время, протяжённость… Если мы представим себя, какими мы были 5 минут назад, и проведём линию между собой настоящим и собой в пятиминутной давности, то это и была бы линия в четвёртом измерении. Каким бы тогда выглядело наше тело в четвёртом измерении? Как длинная волнистая змея, в голове которой запечатлён был бы момент нашего рождения, а в хвосте – смерть? Возможно, но себя со стороны и никого другого мы не можем видеть подобным образом. Путешествия во времени получились бы возможными, если бы эта «змея» свернулась кольцами. Получается, что четвёртое измерение выглядит, как линия, идущая от прошлого к будущему. Нам, с одной стороны, понятно, что без четвёртого, временного измерения наша жизнь невозможна, и мы уже в этом убедились на примере с друзьями, которые пытаются договориться о встрече. Однако мы, подобно тому двумерному муравью из плоского мира, не можем в нём путешествовать. Муравью третье измерение станет доступно только с нашей помощью, а нам, получается, для доступа к другим измерениям, тоже нужны помощники? Выходит, что мы только поверхностно касаемся четвёртого измерения, но живём лишь в трёх, ведь если бы мы жили в четвёртом измерении, мы могли бы спокойно путешествовать во времени, повернуть, скажем, его вспять, чтобы исправить все свои ошибки. Фокусы со временем доступны лишь гравитации: она может его растягивать, останавливать, но даже этой великой силе не вернуть его назад.
Где же пятое измерение? Точка – это нулевое измерение, которое является началом отсчёта, и в пятом измерении мир опять станет точкой. Если бы мы научились управлять временем, то были бы открыты для нас параллельные миры – это те миры, которые появились благодаря тем же условиям, что и наш мир, но их история развивалась бы по-другому. Здесь уже будут вступать в игру квантовые эффекты. Частицы могут вести себя совершенно по-разному, они могут рождаться и исчезать (интересный вопрос – куда?). У всех событий есть множество различных вероятностей. Допустим, в этой Вселенной вы решили стать врачом, однако у вас был вариант быть профессиональным спортсменом. В другой вселенной вы делаете иной выбор, и ваша жизнь разворачивается совсем иначе. Предполагается, что именно в пятом измерении «сгибается» четырёхмерное пространство-время, подобно той самой газете, по которой ползал муравей, чтобы сблизить две какие-то точки на прямой. Без этого сгиба муравей бы из одного края газеты очень долго добирался бы в другой, а при помощи сгиба перемещение происходит мгновенно. Что может искривлять пространство-время? Чёрные дыры, обладающие огромной массой и плотностью. Возможно, именно они и есть те нулевые точки, которые переместят нас в другие измерения.
Если пятое измерение – это точка, то шестое – это опять плоскость, на которой будут расположены новые миры, начавшиеся с тех же условий, что и наш. Если бы мы жили в шестом измерении, мы могли бы отправиться в любой мир, выбрать новое будущее, так как количество миров с различным ходом истории неограниченно. Будущее — это не «палка», а целый «веник» из возможных вариантов развития событий. Здорово было бы попасть в шестое измерение, правда? Ведь там можно самому решить, где родиться, кем и в какую эпоху.
Седьмое измерение — это новая прямая, которая состоит из шестимерных «точек», можно сказать, что это уже «бусы» из параллельных миров, нанизанные на одну линию. Восьмое измерение собирает эти «прямые» в одну «плоскость». А девятое можно сравнить с книгой, которая уместила в себя все «листы» восьмого измерения. Это совокупность всех историй всех вселенных со всеми законами физики и всеми начальными условиями.
Опять точка. Десятое измерение уже представить себе никто не может. Возможно оно – всё и вся, свёрнутое в крошечные струны, которые повсюду вокруг нас спрятаны в кварках. Чтобы представить себе десятое измерение, нам нужна новая прямая. Только вот новая точка на этой прямой невозможна, так как девятое измерение уже покрывает всё, что только можно себе представить, и даже то, что и представить трудно. Получается, девятое измерение — это не очередная отправная точка, а финальная — по крайней мере, для нашей фантазии. Если действительно существует всего девять измерений, а мы толком и в четвёртое не можем выбраться, то мы чем-то похожи на того самого двумерного муравья, который без посторонней помощи не может попасть в третье измерение… У кого же есть ключ к другим измерениям?
Источник