Uno dei compiti principali della fisica teorica oggi è trovare una risposta alla domanda se esistano dimensioni superiori. Lo spazio consiste davvero solo in lunghezza, larghezza e altezza, o è solo una limitazione della percezione umana? Per millenni, gli scienziati hanno fortemente rifiutato l'idea dell'esistenza di uno spazio multidimensionale. Tuttavia, la rivoluzione scientifica e tecnologica è molto cambiata, e oggi la scienza non è più così categorica sulla questione delle dimensioni superiori.
Qual è l'essenza del concetto di "spazio multidimensionale"?
L'uomo vive in un mondo composto da tre dimensioni. Le coordinate di qualsiasi oggetto possono essere espresse in tre valori. E a volte due - quando si tratta di ciò che è sulla superficie della Terra.
Lunghezza, larghezza e altezza possono essere usate per descrivere sia oggetti terrestri che corpi celesti: pianeti, stelle e galassie. Sono anche sufficienti per le cose che abitano il microcosmo: molecole, atomi ed elementariparticelle. La quarta dimensione è considerata il tempo.
Ci devono essere almeno cinque dimensioni in uno spazio multidimensionale. La fisica teorica moderna ha sviluppato molte teorie per spazi con dimensioni diverse, fino a 26. Esiste anche una teoria che descrive uno spazio con un numero infinito di dimensioni.
Da Euclide a Einstein
Fisici e matematici dell'Antichità, del Medioevo e della Modernità negarono categoricamente la possibilità dell'esistenza di dimensioni superiori. Alcuni matematici hanno persino dedotto giustificazioni per la limitazione dello spazio di tre parametri. La geometria euclidea assumeva solo tre dimensioni.
Prima dell'avvento della relatività generale, gli scienziati generalmente consideravano lo spazio multidimensionale un argomento indegno di studio e di avanzamento delle teorie. Quando Albert Einstein formulò i concetti di spazio-tempo, combinando tre dimensioni con la quarta, il tempo, la certezza in questa materia scomparve immediatamente.
La teoria della relatività dimostra che il tempo e lo spazio non sono cose separate e indipendenti. Ad esempio, se gli astronauti salgono a bordo di una nave che si muove ad alta velocità per molto tempo, al ritorno sulla Terra saranno più giovani dei loro coetanei. Il motivo è che passerà meno tempo per loro che per gli umani sulla Terra.
Teoria di Kaluza-Klein
Nel 1921, il matematico tedesco Theodor Kaluza, utilizzando le equazioni della teoria della relatività, creò una teoria cheche per la prima volta combinava gravità ed elettromagnetismo. Secondo questa teoria, lo spazio ha cinque dimensioni (compreso il tempo).
Nel 1926, il fisico svedese Oscar Klein dedusse la giustificazione dell'invisibilità della quinta dimensione, descritta da Kaluza. Consisteva nel fatto che le dimensioni superiori sono compresse a un valore incredibilmente piccolo, chiamato valore di Planck ed è 10-35. Successivamente, questo costituì la base di altre teorie sullo spazio multidimensionale.
Teoria delle stringhe
Questa area della fisica teorica è di gran lunga la più promettente. La teoria delle stringhe afferma di essere ciò che i fisici hanno cercato dall'avvento della relatività generale. Questa è la cosiddetta teoria del tutto.
Il fatto è che due principi fisici fondamentali - la teoria della relatività e la meccanica quantistica - sono in irrisolvibile contraddizione l'uno con l' altro. La teoria del tutto è un concetto ipotetico che potrebbe spiegare questo paradosso. A sua volta, la teoria delle stringhe è più adatta a questo ruolo.
L'essenza è che a livello subatomico della struttura del mondo, le particelle vibrano, in modo simile alla vibrazione di corde ordinarie, ad esempio un violino. È da qui che la teoria ha preso il nome. Inoltre, le dimensioni di queste corde sono estremamente piccole e fluttuano intorno alla lunghezza di Planck, la stessa che appare nella teoria di Kaluza-Klein. Se un atomo viene ingrandito alle dimensioni di una galassia, la stringa raggiungerà solo le dimensioni di un albero adulto. La teoria delle stringhe funziona solo nello spazio multidimensionale. E ce ne sono diversiversioni. Alcuni richiedono uno spazio a 10 dimensioni, mentre altri richiedono uno spazio a 26 dimensioni.
Al momento del suo inizio, la teoria delle stringhe era percepita dai fisici con grande scetticismo. Ma oggi è il più popolare e molti fisici teorici sono impegnati nel suo sviluppo. Tuttavia, non è ancora possibile provare sperimentalmente le disposizioni della teoria.
Spazio Hilbert
Un' altra teoria che descrive dimensioni superiori è lo spazio di Hilbert. È stato descritto dal matematico tedesco David Hilbert mentre lavorava sulla teoria delle equazioni integrali.
Lo spazio di Hilbert è una teoria matematica che descrive le proprietà dello spazio euclideo in dimensione infinita. Cioè, è uno spazio multidimensionale con un numero infinito di dimensioni.
L'iperspazio nella fantascienza
L'idea dello spazio multidimensionale ha portato a molte trame di fantascienza, sia letterarie che cinematografiche.
Così, nella tetralogia "Songs of Hyperion" di Dan Simmons, l'umanità usa una rete di portali nulli iperspaziali in grado di trasferire istantaneamente oggetti su una lunga distanza. In Starship Troopers di Robert Heinlein, i soldati usano anche l'iperspazio per viaggiare.
L'idea del volo nell'iperspazio è stata utilizzata in molti film di opere spaziali, tra cui la famosa saga di Star Wars e la serie TV Babylon 5.
La trama del film "Interstellar" è quasi interamente legata all'ideadimensioni superiori. Alla ricerca di un pianeta adatto per la colonizzazione, gli eroi viaggiano attraverso lo spazio attraverso wormhole, un tunnel iperspaziale che conduce a un altro sistema. E verso la fine, il personaggio principale entra nel mondo dello spazio multidimensionale, con l'aiuto del quale riesce a trasferire informazioni nel passato. Il film mostra anche chiaramente la connessione tra spazio e tempo, dedotta da Einstein: per gli astronauti il tempo scorre più lentamente che per i personaggi sulla Terra.
Nel film "Cube 2: Hypercube" i personaggi si ritrovano all'interno di un tesseract. Quindi nella teoria delle dimensioni superiori è chiamato cubo multidimensionale. Alla ricerca di una via d'uscita, si ritrovano in universi paralleli, dove incontrano le loro versioni alternative.
L'idea di uno spazio multidimensionale è ancora fantastica e non provata. Tuttavia, oggi è molto più vicino e reale rispetto a qualche decennio fa. È del tutto possibile che nel prossimo secolo gli scienziati scopriranno un modo per spostarsi in dimensioni superiori e, quindi, viaggiare in mondi paralleli. Fino ad allora, le persone fantasticano molto su questo argomento, inventando storie incredibili.
