Der Autor stimmt der Bemerkung von V. Aleksandrov voll und ganz zu und glaubt, dass er sehr richtig auf einen Aspekt einer der grundlegenden Fragen der modernen theoretischen Physik aufmerksam gemacht hat. Die Gesetze der wissenschaftlichen Popularisierung erlauben es jedoch nicht immer, moderne Theorien der Raumzeit genau und genau zu beschreiben. Dies wird durch die Arbeit herausragender Wissenschaftler wie Hawking, Kaku, Green, Vilsnkin bestätigt.
Wenn wir also den Einfallsreichtum ignorieren, dass sich herausstellt, dass der mehrdimensionale physikalische Raum durch die Anzahl der kartesischen Schulkoordinaten vergrößert wird, wie dies in der Literatur häufig vorkommt, dann brauchen wir eine ganze Geschichte darüber, woher zusätzliche Dimensionen stammen und wie sie in der modernen Physik verwendet werden.
Das Geheimnis von Einsteins Willen
Es gibt eine Legende, die es dem großen Physiker Albert Einstein kurz vor seiner Abreise in eine andere Welt mit den Worten "Nun, jetzt werde ich herausfinden, wie alles funktioniert" gelungen ist, alle bekannten physikalischen Felder in einer Formel zu kombinieren. Das Genie schrieb seine Berechnungen in ein einfaches Schulheft mit dem Titel "Unified Field Theory". Der geniale Schöpfer der neuen Physik dachte viel über das weitere Schicksal seiner epochalen Entdeckung nach und entschied schließlich, dass die Menschheit noch nicht bereit war, Raum-Zeit zu kontrollieren und in andere Dimensionen zu reisen …
Gerüchte über "Einsteins Testament" verbreiteten sich unmittelbar nach seinem Tod, und ihre Quellen sind noch unklar. Vielleicht liegt das an den unvollendeten Arbeiten des Wissenschaftlers, in denen es merkwürdige Lücken und Untertreibungen gibt. Gleichzeitig sind sich die meisten seiner Biographen sicher, dass "Einsteins Testament", wenn es es gab, höchstwahrscheinlich zusammen mit seiner Asche nach dem letzten Willen des Genies über die Weiten des Atlantiks verbrannt und verstreut wurde.
Einsteins erstaunliche Welt basiert auf seiner Relativitätstheorie, die die Schwerkraft mit der Geometrie der Raumzeit selbst verbindet. Dies kann als elastische Oberfläche betrachtet werden, in der alle Körper unterschiedlich geformte Trichter bilden. Zum Beispiel rollen alle Körper des Sonnensystems in den räumlichen Hohlraum unseres Sterns und der Trichter der Erde enthält den Mond, künstliche Satelliten, alle Objekte auf der Oberfläche und natürlich Sie und mich.
Ein enormer Erfolg für Einsteins Theorie war nach den astronomischen Entdeckungen der Ablenkung von Lichtstrahlen von fernen Sternen in der Nähe der Sonne zu verzeichnen. Viel später nahmen Astronomen auch erstaunliche kosmische Gravitationslinsen auf. So wurde das faszinierende Rätsel mehrerer Bilder sehr weit entfernter quasi-stellarer Objekte - Quasare - gelöst. Nähere Galaxien verzerren ihr Bild mit ihren "Wellen der Raum-Zeit" und lassen so bizarre Figuren wie das berühmte "Einstein-Kreuz" erscheinen.
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Aber auch die Wunder von Einsteins Welt beschränken sich nicht darauf. Die Relativitätstheorie erklärt, wie man in andere Dimensionen gelangt!
Dazu muss man in die bodenlosen Löcher des Weltraums in der Nähe der berühmten Schwarzen Löcher eintauchen. Und obwohl Wissenschaftler immer noch darüber streiten, was sich in solchen "Gravitationskollapsaren" befindet, in denen die Materie "in sich selbst" zu fallen scheint, sagte Einstein selbst zusammen mit seinem Kollegen Nathan Rosen zuversichtlich voraus, dass dort der wahre Weg zu anderen Dimensionen verborgen war … Es gelang ihnen, eine Art mathematische Übergänge zwischen den "Punktionspunkten" der Raumzeit zu schaffen. "Einstein-Rosen-Brücken" können sehr entfernte Teile des sichtbaren Universums der Metagalaxie verbinden, obwohl viele Details hier nicht klar sind.
Heute sind Physiker nicht mehr überrascht von neuen Modellen von "Wurmlöchern" und "Wurmlöchern", die nach Einsteins Gravitationstheorie aus dem Kern der Schwarzen Löcher ins Unbekannte führen. Andererseits entwickelt sich die Relativitätstheorie selbst ständig weiter. Vielleicht werden Theoretiker bald in der Lage sein, Elektromagnetismus mit Schwerkraft zu verbinden, wodurch der Haupttraum des großen Wissenschaftlers wahr wird. Auf diesem Weg sind viele Hoffnungen mit der Weiterentwicklung von Einsteins Supergravitationstheorie verbunden, die den unvergleichlichen Mikro- und Makrokosmos vereint.
Grob gesagt ist das Wesen der Supergravitation das Vorhandensein zusätzlicher Dimensionen in der 11-dimensionalen Raumzeit. Hier eröffnet sich ein grenzenloser Spielraum für physikalische und mathematische Fantasien. Schließlich ist es, wie bereits erwähnt, theoretisch möglich, sowohl Weltteilchen als auch ganze Universen zu finden, die in anderen Dimensionen „gepackt“sind.
Der Autor repräsentiert voll und ganz die Empörung vieler seiner Kollegen, die die letzten Zeilen gelesen haben. Zu unserem tiefsten Bedauern ist es keineswegs möglich, in einem Artikel mehr oder weniger streng über die neuen Theorien der Raumzeit zu berichten. Schließlich ist der mathematische Apparat der Gruppentheorie äußerst schwer zu popularisieren.
Es besteht jedoch kein Grund, die Hoffnung zu verlieren: Die Relativitätstheorie galt einst auch als die schwierigste mathematische Konstruktion, wird aber heute in der Schule erfolgreich studiert.
Das Geheimnis der verborgenen Dimensionen
Physiker und Theoretiker bauten moderne Theorien anderer Räume und Dimensionen auf und stießen einst auf ein sehr seltsames Ergebnis, das bereits Anfang der 1920er Jahre veröffentlicht wurde. des letzten Jahrhunderts Professor für Königsberg an der Universität von Theodor Kaluza.
Der polnisch-deutsche Physiker erkannte von Anfang an das tiefe Potenzial der Relativitätstheorie und schuf darauf basierend eine Reihe ursprünglicher geometrischer Konstruktionen für verschiedene physikalische Nullen. Im nächsten Schritt beschloss er mutig, die Geometrie von Schwerkraft und Elektromagnetismus zu kombinieren. Letztendlich konnte Kaluza unerwartet eine ungewöhnlich gekrümmte fünfdimensionale Raumzeit erhalten, die sowohl die Gravitation als auch das elektromagnetische Feld von Maxwell umfasste.
Zeitgenossen betrachteten Kaluzas Konstruktionen lange Zeit nur als ein mathematisches Rätsel, das in der physischen Welt kein Analogon hatte. 1926 übernahm der schwedische Physiker und Mathematiker Oskar Klein die Entwicklung der Kaluza-Theorie, woraufhin sie als Kaluza-Klein-Theorie bekannt wurde.
Diese halb vergessene Arbeit interessierte Einstein einst sehr und brachte ihn zur Sache seines gesamten späteren Lebens - der Suche nach der Einheitlichen Feldtheorie. Zu seinem tiefen Bedauern konnte er diesen Weg nicht beschreiten, weil er die Existenz von Elementarteilchen nicht in seine Konstruktionen einpassen konnte. Ein halbes Jahrhundert verging, bis Kaluzas Ideen die modernen Schöpfer der Theorie von Allem interessierten (wie Physiker eine einheitliche Theorie aller bekannten Teilchen und Kräfte nennen). Hier entstand die Idee eines realen mehrdimensionalen Raums, in dem die Geometrie alle vorhandenen physikalischen Felder verbindet.
Natürlich stellt sich sofort eine offensichtliche Frage: Wie manifestieren sich zusätzliche räumliche Dimensionen in der umgebenden Welt? Die Antwort ist ein Begriff - Verdichtung. Dies bedeutet, dass jede „zusätzliche“Dimension über die drei bekannten hinaus wie eine Feder im supermikroskopischen Maßstab zusammengerollt ist. Hier entsteht eine markante "Landschaft" der Jet-Theorie, in der die kleinsten materiellen Objekte nicht wie übliche Punkte aussehen, sondern erweiterte Strukturen. Sie vibrieren wie gewöhnliche Saiten und erzeugen das Spektrum aller bekannten Elementarteilchen.
Auf diese Weise gelangen die "gewöhnlichsten" mehrdimensionalen Dimensionen in unsere Welt, die nicht nur von theoretischen Physikern, sondern auch von Science-Fiction-Autoren so geliebt werden. Kannst du sie irgendwie sehen? Oder zumindest indirekt das Vorhandensein dieser Tiefen des Mikrokosmos spüren?
Berechnungen zeigen, dass dies völlig unvorstellbare Energien erfordert und ein Teilchenbeschleuniger zur Untersuchung dieses Problems das gesamte Sonnensystem einnimmt. Wissenschaftler verlieren jedoch nicht den Mut und suchen nach neuen Wegen zum mehrdimensionalen Raum. Möglicherweise handelt es sich um einige noch nicht bekannte Weltraumphänomene und neue Auswirkungen auf die nächste Generation des LHC …
Metaverse Zweige
Theoretische Konstruktionen mehrdimensionaler Welten wurden bereits in den 1920er Jahren im Kreis der Mathematiker üblich. des vergangenen Jahrhunderts, aber Physiker von Anfang an behandelten sie mit großen Vorurteilen. Schließlich reicht es aus, eine zusätzliche Dimension hinzuzufügen, und die Planeten beginnen, sich von ihren Umlaufbahnen zu lösen, und die Materie wird instabil und zerfällt in separate Atome. All dies ist bemerkenswert im Buch des bekannten wissenschaftlichen Historikers und Popularisierers G. E. Gorelik, der heißt "Warum ist der Raum dreidimensional?" In den Werken des Mathematikers M. Gardner finden sich viele brillante kunstpopuläre Illustrationen aus der Welt vieler Dimensionen. Diese Bücher analysieren nicht nur die Dimension unserer Welt wissenschaftlich gründlich, sondern betrachten auch alternative Optionen, bei denen es keinen Platz für nur eine Person und für das Proteinleben im Allgemeinen geben würde.
Viel häufiger gibt es jedoch Werke, in denen sich mehrdimensionale Welten praktisch nicht von unserem vierdimensionalen Universum unterscheiden, sondern nur eine größere Anzahl von Koordinaten enthalten. In dieser Hinsicht bemerkte der herausragende amerikanische Physiker, Nobelpreisträger Stephen Weinberg, einmal, dass dies der Position von Ufologen ähnelt, die mit überwältigender Sicherheit sicher sind, dass wir im Kontakt mit Außerirdischen sicherlich, wenn nicht grünen Männern von fliegenden Platten, dann sicherlich mit etwas begegnen werden etwas ähnliches wie Käfer oder Tintenfische.
Ein weiteres seit langem bestehendes Problem, das seit der Antike in Betracht gezogen wurde, hängt auch mit der Dimensionalität unseres Universums zusammen: Woraus bestehen die minimalen Teilchen, aus denen Raum und Zeit bestehen? Die kleinsten Zellen der Raumzeit finden sich sowohl in Quanten-Supergravitationstheorien als auch in Superstring-Modellen. Alle von ihnen befinden sich in einem Raum einer anderen Dimension, der etwas an ein Stück Stoff erinnert, das aus Schnurfasern gewebt ist. Gleichzeitig legen Theoretiker im Voraus vorsichtig fest, dass diese extrem kleinen Objekte grundsätzlich nicht beobachtbar sind und sich nur irgendwie bei ultrahohen Energien manifestieren können.
Der führende Superstringtheoretiker Juan Maldaseia bemerkte kürzlich aphoristisch, dass moderne Physiker in Erwartung eines Wunders leben, wenn ein unerwartetes Experiment oder sogar eine Weltraumbeobachtung bestätigt, dass das Skelett des Universums zusätzliche Knochen mit unsichtbaren Dimensionen enthält.
In diesem Fall sollten wir nur geduldig sein …
Geheimnisse der Raumzeit
Es sei darauf hingewiesen, dass Journalisten und Schriftsteller seit langem die Verwirrung in den Theorien der Physiker bemerkt haben. Die weit verbreitete Meinung im literarisch-pseudowissenschaftlichen Umfeld ist also, dass alle denkbaren Wunder und Transformationen das Werk von Außerirdischen aus anderen Dimensionen sind. Moderne Zauberer und Hellseher gehen noch weiter. Diejenigen, die ernsthaft glauben, dass ihre paranormalen Tricks durch den Raum einer anderen Realität erklärt werden. Es ist ganz natürlich, dass das "modischste" theoretische Konzept des multiplen Universums - Multiversum - eng mit mehrdimensionalen Versionen der Verallgemeinerung von Superstrings in dergleichen verwandt ist. "M-Theorie".
Die M-Theorie enthält viele Optionen für andere Dimensionen. Es basiert auf "verdrehten" Dimensionen, die "extradimensionale Überreste" der Geburt unseres Universums in der monströsen Katastrophe des Big Boil sind. In solchen wissenschaftlichen Spekulationen (so wird das Theoretisieren ohne ausreichende experimentelle Basis zu Recht genannt) fanden bereits vor dem "Beginn von allem" im Protospace anderer Dimensionen bestimmte Prozesse statt, die zum Beginn der Geschichte unseres Universums führten.
Hier müssen wir jedoch zugeben, dass weder Elementarphysiker, die Teilchen ganz unten in der Materie spalten, noch Astrophysiker, die die äußersten Grenzen der Metagalaxie erreicht haben, niemals Wunder aufgezeichnet haben, die auf das Vorhandensein eines "andersdimensionalen" Unterraums in unserer Realität hinweisen …
Das Fehlen zusätzlicher Dimensionen ist jedoch ebenfalls sehr wichtig. Dies ermöglicht uns schließlich zu verstehen, warum sich unsere Welt auf diese Weise entwickelt, was wiederum einen Schlüssel für neue Grundgesetze der Evolution des Universums geben kann.