Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Четвертое пространственное измерение.

14.09.2015 в 19:28

Мы привыкли к трем измерениям нашей вселенной - в длину, в ширину и в глубину. Мы можем представить, как выглядели бы в усеченных измерениях - на плоскости в 2D или вдоль линии в 1D - но представить, как выглядели бы вещи при большем числе измерений, довольно трудно (если вообще возможно. Мы просто не можем представить, как что-то движется в направлении, которое как бы не входит в наше понятие о пространстве
. Нашей вселенной присуще четвертое измерение (время), но она также обладает лишь тремя пространственными. Внимание, вопрос:
Каково было бы людям, если бы число измерений в нашем мире менялось, как времена года? Допустим, полгода мы жили бы в трех измерениях, а другие полгода - в четырех.

Представьте, если можете, что имеете возможность двигаться в дополнительном направлении, помимо вверх-вниз, север - юг, Запад - Восток. Представьте для начала, что вы единственный в мире, кто так может.

Для кого-то в трехмерном мире вы могли бы делать невероятные вещи, которые - во многом - сделали бы вас богоподобным:

Вы могли бы телепортироваться из одного места в другое, исчезая в одном месте и появляясь где-нибудь еще;.
Вы могли бы переставлять или удалять чужие внутренние органы, осуществляя хирургию без необходимости вскрывать кому-то тело;.
Вы могли бы просто убрать кого-то из трехмерной вселенной, в которой он живет, поместив его через некоторое время в другое место по вашему желанию. Как это возможно? Представьте, что вы - трехмерное существо - взаимодействуете с двумерной вселенной, как с набором для аппликации на листе бумаги.

С точки зрения нашего дополнительного пространственного измерения мы могли бы попасть внутрь двумерного существа и двигать его внутренности, не разрезая его. Мы могли бы перевернуть его, поменять местами лево и право. Могли бы "Забрать" его из его вселенной и поместить куда-то еще.

И если бы мы сами, трехмерные существа, решили попасть бы в их двумерную вселенную, мы выглядели бы странно, поскольку местные жители могли бы видеть лишь двумерные нарезки в отдельно взятый момент.
Сначала мы бы появились бы в виде двух отпечатков ног, потом переросли бы в два круга, по мере нашего "Снижения" через их вселенную, круги росли бы, пока не соединились в овал, затем рядом с ними бы появились другие кружочки (пальцы), переросли бы в два больших круга (кисти, руки), вместе с овалом, потом все слилось бы в одну большую часть наших плеч, затем сузилось бы, выросло и растворилось в наших шеях и головах. К счастью, в нашей вселенной не проживают четырехмерные существа, поскольку они казались бы нам игнорирующими физические законы божественными существами. Но что, если мы окажемся не самыми многомерными созданиями во вселенной, а у самой вселенной будет больше измерений, чем сейчас? Стоит отметить, что это вполне возможно; доказано, что в прошлом у вселенной могло быть больше измерений.

В контексте общей теории относительности весьма просто выстроить пространственно-временные рамки, в которых число "Больших" (то есть макроскопических) измерений изменялось бы со временем. Вы не только могли располагать большим числом измерений в прошлом, но и в будущем вам вполне может выпасть такой шанс; вы вообще могли бы построить пространство - время, в котором это число будет колебаться, изменяясь в большую и меньшую сторону со временем, снова и снова.

Для начала все круто: у нас может быть вселенная с четвертым - дополнительным - пространственным измерением.

Итак, это круто, но как это будет выглядеть? Обычно мы не думаем о таком, но четыре фундаментальных взаимодействия - гравитация, электромагнетизм и два ядерных взаимодействия - обладают такими свойствами и силами, поскольку существуют при тех измерениях, которыми располагает наша вселенная. Таким образом, если бы мы уменьшили или увеличили число измерений, мы бы изменили то, как, например, распространяются линии силового поля.

Внимание! Только в том случае, если бы это затронуло электромагнетизм или ядерные силы, случилась бы катастрофа. Представьте, что вы смотрите на атом или внутри атома смотрите на атомное ядро. Ядра и атомы являются строительными кирпичиками всей материи, из которой состоит наш мир, и измеряются мельчайшими расстояниями: ангстрем для атомов (10? - 10 метра), фемтометры для ядер (10? - 15 метра. Только в том случае, если бы вы позволили этим силам "Утекать" в другое пространственное измерение, что они могли бы осуществить только если это измерение достигнет достаточно больших размеров, изменились бы законы взаимодействий, управляющие работой этих сил.

В целом эти силы будут иметь больше "Пространства" для разбегания, а значит будут быстрее становиться слабее на дистанции, если будет больше измерений. Для ядер это изменение будет не таким уж плохим: размеры ядер будут больше, некоторые ядра изменят свою стабильность, станут радиоактивными или, напротив, от радиоактивности избавятся. Это ладно. Но с электромагнетизмом будет сложнее.

Представьте, что случилось бы, если бы вдруг силы, связывающие электроны с ядрами, стали слабее. Только в том случае, если бы произошло изменение силы этого взаимодействия. Вы не думаете об этом, но на молекулярном уровне единственное, что вас удерживает, это относительно слабые связи между электронами и ядрами. Только в том случае, если вы измените эту силу, вы измените конфигурации всего остального. Ферменты денатурируют, белки изменят форму, лиганды разойдутся; днк не будет кодироваться в молекулах, в которых должна.

Другими словами, если электромагнитная сила изменится, поскольку начнет распространяться в крупное четвертое пространственное измерение, которое достигнет размеров ангстрема, тела людей моментально развалятся, и мы умрем.

Но не все потеряно. Есть много моделей - в основном разработанных в рамках теории струн - где эти силы, электромагнитные и ядерные, ограничены тремя измерениями. Только гравитация может проходить через четвертое измерение. Для нас это означает, что если четвертое измерение будет расти в размере (и, следовательно, в последствиях), гравитация будет "Кровоточить" в дополнительное измерение. Следовательно, объекты будут испытывать меньшее притяжение, чем то, к которому привыкли мы. Все это приведет к проявлению "Странного" поведения у разных вещей.

Астероиды, например, - которые сцепились вместе - разлетятся, поскольку их гравитации окажется недостаточно, чтобы удержать камни вместе. Кометы, приближаясь к солнцу, будут испаряться быстрее и демонстрировать еще более красивые хвосты. Лишь в том случае, если четвертое измерение вырастет достаточно большим, на земле сильно уменьшатся гравитационные силы, в результате чего наша планета вырастет больше, особенно вдоль экватора.

Люди, живущие вблизи полюсов, почувствуют себя словно в среде с уменьшенной гравитацией, а люди на экваторе окажутся в опасности улететь в космос. На макроуровне знаменитый закон тяготения ньютона - закон обратных квадратов - внезапно станет законом обратного куба, сильно уменьшая силу тяжести с расстоянием. В том случае, если измерение достигнет размеров дистанции от земли до солнца, все в солнечной системе окажется развязанным. Даже если это будет длиться всего пару дней в году - и если гравитация будет в норме каждые три месяца - наша солнечная система полностью развалится всего за сто лет.

На земле настали бы времена, когда мы не только получили бы возможность передвигаться "Дополнительным" путем через пространстве, когда обзавелись бы не только дополнительным "направлением", помимо вверх-вниз, влево - право и вперед - назад, но и когда свойства гравитации изменились бы в худшую сторону. Мы прыгали бы выше и дальше, но последствия для ныне стабильной вселенной были бы апокалиптическими. Поэтому мечтать о появлении четвертого измерения точно не стоит. Впрочем, есть и позитивная нотка. Нам не пришлось бы беспокоиться о глобальном потеплении, поскольку увеличение расстояния до солнца сильно охладило бы наш мир, быстрее, чем нарастающий атмосферный углекислый газ его нагревает.