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
Космологи объяснили, почему Вселенная является трехмерной
РИА Новости. Мы живем в «плоском» трехмерном пространстве благодаря существованию особых узлообразных структур из элементарных частиц в ранней Вселенной, которые сохраняли стабильность только в среде с тремя измерениями, говорится в статье, опубликованной в European Physical Journal C.
Компьютерная модель «паутины» Вселенной
© V.Springel, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching bei München
«Наша идея «узлового» расширения Вселенной не только объясняет существование трех измерений, но и раскрывает то, откуда взялась энергия, необходимая для осуществления этого процесса, и почему он так резко остановился. Сеть этих узлов, грубо говоря, лопнула почти сразу после начала расширения Вселенной, что ликвидировало источник энергии, питавший этот процесс», — рассказывает Томас Кепхарт (Thomas Kephart) из университета Вандербильта в Нэшвилле (США).
На сегодняшний день среди ученых нет консенсуса насчет того, является ли наша Вселенная трехмерной, или же на самом деле в ней гораздо больше измерений, часть из которых мы просто не видим или даже не можем видеть по разным причинам. Существование этих измерений, как сегодня надеются физики, может помочь нам «примирить» теорию относительности и квантовую физику и создать теорию квантовой гравитации, объясняющую то, что происходит внутри черных дыр.
К примеру, теория суперструн постулирует, что Вселенная изначально родилась десятимерной и обладала одним временным и девятью пространственными измерениями. Часть сторонников этой теории считают, что «лишние» шесть измерений схлопнулись и замкнулись сами на себя. Другие физики считают, что наша трехмерная Вселенная является лишь частью многомерной мультивселенной (мультиверса), а остальные шесть измерений мы не можем увидеть и изучить.
Кепхарт и его коллеги предполагают, что существование трех измерений в нашей текущей Вселенной и сам факт ее расширения не были случайными событиями, а вполне логичными и связанными друг с другом вещами. Они пришли к такому выводу, пытаясь просчитать и описать первые мгновения жизни Вселенной после Большого Взрыва.
После рождения Вселенной, как отмечает ученый, в ней не было, ни материи, ни света – по сути, она была заполнена энергией и одномерными объектами-струнами, в сплетениях которых формировались первые элементарные частицы.
Эти струны, как показывают расчеты команды Кепхарта, периодически объединялись в сложные структуры, так называемые трубки, которые, в свою очередь, могли тоже переплетаться и образовать различные петли, узлы и прочие геометрические фигуры. Они сохраняли стабильность на протяжении более длительного времени, чем породившие их элементарные частицы, постоянно возникавшие и исчезавшие в кварково-глюонном «супе» первичной Вселенной.
В этой сети, по словам космологов, была заключена огромная энергия, которая заставила Вселенную стремительно и равномерно расширяться до тех пор, пока ее температура не упала до достаточно низкого уровня, чтобы энергия в этих узлах и трубках не начала превращаться в материю.
Подобная идея, как отмечает Кепхарт, позволяет не только понять то, почему Вселенная имеет только три измерения, но и объясняет то, почему она, как показывают последние наблюдения зондов WMAP и «Планк», является более однородной и «гладкой», чем предсказывает теория Большого Взрыва.
Сейчас ученые пытаются понять, как предсказания их «узловой» теории могут отличаться от того, что говорит нам классическая космология. Их открытие, как подчеркивают исследователи, критически важно для проверки этой идеи и доказательства ее жизнеспособности.
Источник
Космологи объяснили, почему Вселенная — трехмерна. Но согласны не все
Мы живем в «плоском» трехмерном пространстве благодаря существованию особых узлообразных структур из элементарных частиц в ранней Вселенной, которые сохраняли стабильность лишь в среде с тремя измерениями. К такому выводу пришли американские ученые, их исследование принято к публикации в European Physical Journal C, доступно на сайте arXiv.org, кратко о нем сообщает Phys.org.
«Наша идея «узлового» расширения Вселенной не только объясняет существование трех измерений, но и раскрывает то, откуда взялась энергия, необходимая для осуществления этого процесса, и почему он так резко остановился», — говорит Томас Кепхарт из университета Вандербильта в Нэшвилле (США).
Ученый поясняет, что сеть этих узлов, «грубо говоря, лопнула почти сразу после начала расширения Вселенной», то есть почти 13,8 млрд лет назад. Это событие, по его словам, и ликвидировало источник энергии, питавший этот процесс. Стоит отметить, что пока ученые не пришли к консенсусу насчет того, является ли наша Вселенная трехмерной, или же в ней значительно больше измерений, часть из которых мы просто не видим по разным причинам.
К примеру, теория суперструн гласит, что Вселенная родилась десятимерной и обладала одним временным и девятью пространственными измерениями. Сторонники этой теории полагают, что «лишние» шесть измерений схлопнулись и замкнулись сами на себя. Другие физики уверены, что наша трехмерная Вселенная — лишь часть многомерной мультивселенной (мультиверса), а остальные шесть измерений мы не можем увидеть и изучить.
Существование иных измерений, как сегодня рассчитывают физики, может помочь нам «примирить» теорию относительности и квантовую физику и создать теорию квантовой гравитации, объясняющую то, что происходит внутри черных дыр.
Источник
Почему мы существуем в трёхмерном мире?
О существовании ненаблюдаемых измерений есть разные гипотезы и разные косвенные подтверждения их существования. Это само по себе достаточно обширная тема, так что в этот раз рассмотрим другой вопрос: могли б ли мы существовать в пространстве другой размерности. Отдельной темой останется и вопрос альтернативных форм жизни, равно как и другого устройства вселенной, здесь будет рассмотрен привычный нам вид вселенной.
Ясное дело, что пространство без какой-либо размерности исключает всякую структурность. Одномерное пространство тоже исключает привычную нам вселенную, ибо не допускает возможности свободного перемещения твёрдых тел, а кроме того всякое излучение не менялось б по интенсивности с расстоянием, так что изменение температуры и т. п. распространялось б волнообразно на бесконечное расстояние. Кроме этого в одномерном пространстве все химические элементы могли б быть либо одновалентными, либо инертными, ибо нет возможности разных конфигураций электронных оболочек, что означает, что на каждом энергетическом уровне не могло б находиться более двух электронов. Менее, чем с двумя измерениями, привычная нам вселенная получиться никак не может.
Рассмотрим, что могло б быть в двумерном пространстве. В этом случае излучение с расстоянием затухало б линейно, а второй энергетический уровень позволил б разместить до шести электронов. В итоге уже в двумерной вселенной разные точки могут иметь разную равновесную температуру, возможны орбиты планет, и встречаются трёхвалентные элементы. Какие-то биологические процессы на основе таких элементов возникнуть теоретически могли б. Но поверхность планет получилась б одномерной, т. е. в этом случае стало б негде обойти море, ущелье, гору. Ну и возможные перемещения живых существ по поверхности в этом случае ограничивались б одним измерением. В двумерной вселенной для потенциальных разумных существ естественным образом будет ограничена сложность орудий и жилищ.
А что будет с орбитами планет: для начала рассмотрим привычный нам трёхмерный мир. Уменьшение радиуса орбиты на незначительную величину d R будет означать переход потенциальной энергии, равной d R, умноженной на силу гравитации, в кинетическую энергию, пропорциональную квадрату скорости, с приращением скорости d v:
где G — гравитационная постоянная, M — масса звезды, m — масса планеты, R — радиус орбиты, v — орбитальная скорость. Причём рассматривается незначительное изменение d R d v
Для необходимого центростремительного ускорения a и заданного радиуса получим:
В итоге получается, что равновесное центростремительное ускорение возрастает обратно пропорционально кубу радиуса. Но стоит заметить, что пропорциональность энергии квадрату скорости исходит из проекции и от размерности пространства не зависит, равно как и изменение потенциальной энергии. В итоге в двумерном пространстве стабильность орбит будет высочайшей: в то время как гравитация будет изменяться линейно с расстоянием, уравновешивающее ускорение будет меняться пропорционально кубу расстояния.
Мы хорошо знаем нашу трёхмерную вселенную. Поверхность планет становится двумерной, а углерод — четырёхвалентным. Можно задействовать все три измерения в своих орудиях, все достижения цивилизации используют трёхмерные конструкции. А что, если б вселенная была б четырёхмерной — с одной стороны это было б хорошо — поверхность планет трёхмерная, что многократно увеличивает разнообразие природных и искусственных конструкций, а биология могла б быть основана на пятивалентных элементах. Но вот с орбитами планет не всё хорошо тогда будет. Равновесное центростремительное ускорение будет также меняться пропорционально кубу расстояния, но и гравитация тоже. Иными словами, если в нашей трёхмерной вселенной орбиты планет подобны шарику в углублении, который, если потревожить, будет стремиться вернуться к исходной точке, то в четырёхмерной — словно на ровной поверхности, т. е. движение будет продолжаться, пока ещё что-то не толкнёт. Т. е. если в четырёхмерной вселенной как-то «толкнуть» планету, то приближение к звезде или отдаление продолжится, пока что-то ещё не «толкнёт». А источники воздействия найдутся — как гравитация других планет, так и падение метеоритов и прочее. Даже небольшого воздействия хватит, чтоб орбита заметно поменялась за несколько тысяч лет. Жизнь на таких планетах, где становится то жарко, то холодно, вряд ли сможет эволюционировать долго.
При большей размерности вселенной ситуация с орбитами планет ещё ухудшается: гравитация меняется быстрее равновесного центростремительного ускорения. Т. е. уже получается вроде шарика на возвышенности, который достаточно слегка толкнуть, и он будет ускоряться в соответствующую сторону. В такой ситуации вообще не могло б существовать планет на орбитах — они либо падали б на звезду, либо улетали в сторону. А в итоге, скорее всего, пятимерная вселенная быстро б сжалась в гигантскую чёрную дыру. Так что три пространственных измерения — самые подходящие условия для известных форм жизни в известном виде.
Источник