Այսօր տեսական ֆիզիկայի հիմնական խնդիրներից մեկը այն հարցի պատասխանն է, թե արդյոք գոյություն ունեն ավելի բարձր չափումներ: Արդյո՞ք տարածությունը բաղկացած է միայն երկարությունից, լայնությունից և բարձրությունից, թե՞ դա պարզապես մարդկային ընկալման սահմանափակում է: Հազարամյակներ շարունակ գիտնականները կտրականապես մերժում էին բազմաչափ տարածության գոյության գաղափարը: Այնուամենայնիվ, գիտական և տեխնոլոգիական հեղափոխությունը շատ է փոխվել, և այսօր գիտությունն այլևս այդքան կատեգորիկ չէ ավելի բարձր չափումների հարցում։
Ո՞րն է «բազմաչափ տարածություն» հասկացության էությունը:
Մարդն ապրում է մի աշխարհում, որը բաղկացած է երեք հարթություններից: Ցանկացած օբյեկտի կոորդինատները կարող են արտահայտվել երեք արժեքներով. Եվ երբեմն երկու, երբ խոսքը վերաբերում է այն ամենին, ինչ կա Երկրի մակերևույթի վրա:
Երկարությունը, լայնությունը և բարձրությունը կարող են օգտագործվել ինչպես երկրային օբյեկտները, այնպես էլ երկնային մարմինները՝ մոլորակները, աստղերը և գալակտիկաները նկարագրելու համար: Դրանք նաև բավարար են միկրոտիեզերքում բնակվող իրերի համար՝ մոլեկուլներ, ատոմներ և տարրականմասնիկներ. Չորրորդ չափումը համարվում է ժամանակը։
Բազմաչափ տարածությունում պետք է լինի առնվազն հինգ չափ: Ժամանակակից տեսական ֆիզիկան մշակել է բազմաթիվ տեսություններ տարբեր չափեր ունեցող տարածությունների համար՝ մինչև 26: Կա նաև տեսություն, որը նկարագրում է անսահման թվով տարածություն:
Էվկլիդեսից մինչև Էյնշտեյն
Հնության, միջնադարի և նոր ժամանակների ֆիզիկոսներն ու մաթեմատիկոսները կտրականապես հերքում էին ավելի բարձր չափերի գոյության հնարավորությունը։ Որոշ մաթեմատիկոսներ նույնիսկ երեք պարամետրով տարածության սահմանափակման հիմնավորումներ բերեցին: Էվկլիդեսյան երկրաչափությունը ենթադրում էր ընդամենը երեք չափս։
Մինչ հարաբերականության ընդհանուր տեսության ի հայտ գալը, գիտնականները, ընդհանուր առմամբ, բազմաչափ տարածությունը համարում էին թեմա, որն արժանի չէ ուսումնասիրության և տեսությունների առաջխաղացման: Երբ Ալբերտ Էյնշտեյնը ձևակերպեց տարածություն-ժամանակ հասկացությունները՝ համատեղելով երեք չափումները չորրորդի հետ, ժամանակն այս հարցում որոշակիությունն անմիջապես անհետացավ։
Հարաբերականության տեսությունը ապացուցում է, որ ժամանակն ու տարածությունը առանձին և անկախ իրեր չեն: Օրինակ, եթե տիեզերագնացները երկար ժամանակ բարձր արագությամբ շարժվող նավ նստեն, ապա Երկիր վերադառնալուց հետո նրանք իրենց հասակակիցներից ավելի երիտասարդ կլինեն: Պատճառն այն է, որ նրանց համար ավելի քիչ ժամանակ կանցնի, քան Երկրի վրա գտնվող մարդկանց համար։
Կալուզա-Կլայնի տեսություն
1921 թվականին գերմանացի մաթեմատիկոս Թեոդոր Կալուզան, օգտագործելով հարաբերականության տեսության հավասարումները, ստեղծեց մի տեսություն, ըստ որի.որն առաջին անգամ միավորեց գրավիտացիան և էլեկտրամագնիսականությունը։ Համաձայն այս տեսության՝ տարածությունն ունի հինգ չափսեր (ներառյալ ժամանակը):
1926 թվականին շվեդ ֆիզիկոս Օսկար Քլայնը եզրակացրեց հինգերորդ հարթության անտեսանելիության հիմնավորումը, որը նկարագրել էր Կալուզան: Այն բաղկացած էր նրանից, որ ավելի բարձր չափերը սեղմվում են աներևակայելի փոքր արժեքով, որը կոչվում է Պլանկի արժեք և կազմում է 10-35: Հետագայում սա հիմք դրեց բազմաչափ տարածության այլ տեսությունների:
Լարերի տեսություն
Տեսական ֆիզիկայի այս ոլորտն ամենահեռանկարայինն է: Լարերի տեսությունը պնդում է, որ դա այն է, ինչ ֆիզիկոսները փնտրում էին հարաբերականության ընդհանուր տեսության ի հայտ գալուց ի վեր: Սա այսպես կոչված ամեն ինչի տեսությունն է։
Փաստն այն է, որ երկու հիմնարար ֆիզիկական սկզբունքներ՝ հարաբերականության տեսությունը և քվանտային մեխանիկա, անլուծելի հակասության մեջ են միմյանց հետ: Ամեն ինչի տեսությունը հիպոթետիկ հասկացություն է, որը կարող է բացատրել այս պարադոքսը: Իր հերթին, լարերի տեսությունն ավելի հարմար է այս դերին:
Դրա էությունն այն է, որ աշխարհի կառուցվածքի ենթաատոմային մակարդակում մասնիկները թրթռում են՝ նման սովորական լարերի, օրինակ՝ ջութակի թրթիռին։ Այստեղից էլ տեսությունը ստացել է իր անվանումը։ Ավելին, այս տողերի չափերը չափազանց փոքր են և տատանվում են Պլանկի երկարության շուրջ, նույնը, ինչ երևում է Կալուզա-Կլայնի տեսության մեջ: Եթե ատոմը մեծանում է գալակտիկայի չափով, ապա լարը կհասնի միայն չափահաս ծառի չափին: Լարերի տեսությունն աշխատում է միայն բազմաչափ տարածության մեջ։ Եվ կան մի քանիսըտարբերակները։ Ոմանք պահանջում են 10-չափ տարածություն, իսկ մյուսները պահանջում են 26-չափ տարածություն:
Իր սկզբնավորման պահին լարերի տեսությունը ֆիզիկոսների կողմից ընկալվում էր մեծ թերահավատությամբ: Բայց այսօր այն ամենատարածվածն է, և շատ տեսական ֆիզիկոսներ են զբաղվում դրա մշակմամբ։ Այնուամենայնիվ, տեսության դրույթները փորձնականորեն ապացուցել դեռևս հնարավոր չէ։
Hilbert space
Մեկ այլ տեսություն, որը նկարագրում է ավելի բարձր չափերը, Հիլբերտի տարածությունն է: Այն նկարագրել է գերմանացի մաթեմատիկոս Դեյվիդ Հիլբերտը ինտեգրալ հավասարումների տեսության վրա աշխատելիս։
Հիլբերտի տարածությունը մաթեմատիկական տեսություն է, որը նկարագրում է էվկլիդյան տարածության հատկությունները անսահման հարթության մեջ։ Այսինքն՝ այն բազմաչափ տարածություն է՝ անսահման թվով չափսերով։
Հիպերտարածությունը գիտական ֆանտաստիկայի մեջ
Բազմաչափ տարածության գաղափարը հանգեցրել է բազմաթիվ գիտաֆանտաստիկ սյուժեների՝ և՛ գրական, և՛ կինո:
Այսպիսով, Դեն Սիմոնսի «Հիպերիոնի երգերը» քառաբանության մեջ մարդկությունն օգտագործում է հիպերտարածական զրոյական պորտալների ցանց, որն ունակ է ակնթարթորեն առարկաներ փոխանցել մեծ հեռավորության վրա: Ռոբերտ Հայնլայնի Starship Troopers-ում զինվորները նաև օգտագործում են հիպերտարածություն ճանապարհորդելու համար:
Հիպերտիեզերական թռիչքի գաղափարը օգտագործվել է տիեզերական օպերային բազմաթիվ ֆիլմերում, ներառյալ հայտնի «Աստղային պատերազմներ» սագան և «Բաբելոն 5» հեռուստասերիալը:
«Միջաստեղային» ֆիլմի սյուժեն գրեթե ամբողջությամբ կապված է գաղափարի հետ.ավելի բարձր չափսեր. Գաղութացման համար հարմար մոլորակ փնտրելու համար հերոսները տիեզերքում ճանապարհորդում են որդանների միջով՝ հիպերտիեզերական թունել, որը տանում է դեպի մեկ այլ համակարգ: Իսկ վերջում գլխավոր հերոսը մտնում է բազմաչափ տարածության աշխարհ, որի օգնությամբ նրան հաջողվում է տեղեկատվություն փոխանցել անցյալ։ Ֆիլմը նաև հստակ ցույց է տալիս տարածության և ժամանակի միջև կապը, որը եզրակացրել է Էյնշտեյնը. տիեզերագնացների համար ժամանակն ավելի դանդաղ է անցնում, քան Երկրի հերոսների համար:
«Խորանարդ 2. հիպերխորանարդ» ֆիլմում հերոսները հայտնվում են թեսերակտի ներսում։ Այսպիսով, ավելի բարձր չափերի տեսության մեջ կոչվում է բազմաչափ խորանարդ: Ելք փնտրելով՝ նրանք հայտնվում են զուգահեռ տիեզերքներում, որտեղ հանդիպում են իրենց այլընտրանքային տարբերակներին։
Բազմաչափ տարածության գաղափարը դեռ ֆանտաստիկ է և չապացուցված: Սակայն այսօր այն շատ ավելի մոտ է և իրական, քան մի քանի տասնամյակ առաջ։ Միանգամայն հնարավոր է, որ հաջորդ դարում գիտնականները հայտնաբերեն ավելի բարձր չափումներով շարժվելու և, հետևաբար, զուգահեռ աշխարհներով ճանապարհորդելու միջոց: Մինչ այդ մարդիկ շատ են երևակայելու այս թեմայի շուրջ՝ հորինելով զարմանալի պատմություններ։
