Jukumu moja kuu la fizikia ya nadharia leo ni kupata jibu la swali la kama kuna vipimo vya juu zaidi. Je, nafasi kweli inajumuisha urefu, upana na urefu tu, au ni kizuizi tu cha mtazamo wa mwanadamu? Kwa milenia, wanasayansi walikataa kwa nguvu wazo la uwepo wa nafasi ya pande nyingi. Hata hivyo, mapinduzi ya kisayansi na kiteknolojia yamebadilika sana, na leo sayansi haina kategoria tena juu ya suala la vipimo vya juu zaidi.
Ni nini kiini cha dhana ya "nafasi nyingi"?
Mwanadamu anaishi katika ulimwengu unaojumuisha pande tatu. Viwianishi vya kitu chochote vinaweza kuonyeshwa kwa maadili matatu. Na wakati mwingine mbili - inapokuja kwenye yaliyo juu ya uso wa ardhi.
Urefu, upana na urefu vinaweza kutumika kuelezea vitu vya nchi kavu na miili ya anga - sayari, nyota na galaksi. Pia zinatosha kwa vitu vinavyokaa kwenye microcosm - molekuli, atomi na msingichembe chembe. Kipimo cha nne kinachukuliwa kuwa wakati.
Lazima kuwe na angalau vipimo vitano katika nafasi yenye pande nyingi. Fizikia ya kisasa ya kinadharia imeunda nadharia nyingi za nafasi zenye vipimo tofauti - hadi 26. Pia kuna nadharia inayoelezea nafasi yenye idadi isiyo na kikomo ya vipimo.
Kutoka Euclid hadi Einstein
Wanafizikia na wanahisabati wa Zama za Kale, Enzi za Kati na Nyakati za Kisasa walikanusha kimsingi uwezekano wa kuwepo kwa vipimo vya juu zaidi. Wanahisabati wengine hata walitoa uhalali wa kizuizi cha nafasi kwa vigezo vitatu. Jiometri ya Euclidean ilichukua vipimo vitatu pekee.
Kabla ya ujio wa uhusiano wa jumla, wanasayansi kwa ujumla walizingatia nafasi ya pande nyingi kuwa somo lisilostahili kusomwa na kuendeleza nadharia. Albert Einstein alipounda dhana za muda wa anga, akichanganya vipimo vitatu na nne, wakati, uhakika katika jambo hili ulitoweka mara moja.
Nadharia ya uhusiano inathibitisha kwamba wakati na nafasi si vitu tofauti na vinavyojitegemea. Kwa mfano, ikiwa wanaanga wanapanda meli inayosonga kwa kasi kubwa kwa muda mrefu, basi watakaporudi Duniani watakuwa wachanga kuliko wenzao. Sababu ni kwamba muda utapita kwao kuliko kwa wanadamu duniani.
Nadharia ya Kaluza-Klein
Mnamo 1921, mwanahisabati Mjerumani Theodor Kaluza, kwa kutumia milinganyo ya nadharia ya uhusiano, aliunda nadharia ambayoambayo kwa mara ya kwanza ilichanganya mvuto na sumaku-umeme. Kulingana na nadharia hii, nafasi ina vipimo vitano (pamoja na wakati).
Mnamo 1926, mwanafizikia wa Uswidi Oscar Klein aligundua uhalali wa kutoonekana kwa mwelekeo wa tano, uliofafanuliwa na Kaluza. Ilijumuisha ukweli kwamba vipimo vya juu vinabanwa hadi thamani ndogo sana, ambayo inaitwa thamani ya Planck na ni 10-35. Baadaye, hii iliunda msingi wa nadharia zingine za nafasi ya pande nyingi.
Nadharia ya mfuatano
Eneo hili la fizikia ya kinadharia ndilo linalotia matumaini zaidi. Nadharia ya kamba inadai kuwa kile wanafizikia wamekuwa wakitafuta tangu ujio wa uhusiano wa jumla. Hii ndiyo inayoitwa nadharia ya kila kitu.
Ukweli ni kwamba kanuni mbili za kimsingi za kimwili - nadharia ya uhusiano na quantum mechanics - ziko kwenye ukinzani usioweza kutatulika. Nadharia ya kila kitu ni dhana dhahania inayoweza kueleza kitendawili hiki. Kwa upande wake, nadharia ya uzi inafaa zaidi kwa jukumu hili.
Kiini chake ni kwamba katika kiwango kidogo cha muundo wa dunia, chembe hutetemeka, sawa na mtetemo wa nyuzi za kawaida, kwa mfano, violin. Hapa ndipo nadharia ilipopata jina lake. Zaidi ya hayo, vipimo vya nyuzi hizi ni ndogo sana na hubadilika-badilika kuzunguka urefu wa Planck - ile ile inayoonekana katika nadharia ya Kaluza-Klein. Ikiwa atomi imepanuliwa kwa ukubwa wa galaxy, basi kamba itafikia tu ukubwa wa mti wa watu wazima. Nadharia ya kamba inafanya kazi tu katika nafasi ya multidimensional. Na kuna kadhaamatoleo. Baadhi zinahitaji nafasi ya 10-dimensional, wakati nyingine zinahitaji nafasi ya 26-dimensional.
Wakati wa kuanzishwa kwake, nadharia ya uzi ilionekana na wanafizikia kwa mashaka makubwa. Lakini leo ni maarufu zaidi, na wanafizikia wengi wa kinadharia wanahusika katika maendeleo yake. Hata hivyo, bado haiwezekani kuthibitisha masharti ya nadharia kwa majaribio.
Hilbert space
Nadharia nyingine inayoelezea vipimo vya juu ni nafasi ya Hilbert. Ilielezwa na mwanahisabati Mjerumani David Hilbert alipokuwa akifanyia kazi nadharia ya milinganyo muhimu.
Hilbert space ni nadharia ya hisabati inayoelezea sifa za nafasi ya Euclidean katika kipimo kisicho na kikomo. Hiyo ni, ni nafasi ya pande nyingi yenye idadi isiyo na kikomo ya vipimo.
Hyperspace katika sayansi ya uongo
Wazo la anga za pande nyingi limesababisha tamthiliya nyingi za kisayansi - za kifasihi na sinema.
Kwa hivyo, katika tetralojia ya Dan Simmons ya "Nyimbo za Hyperion", ubinadamu hutumia mtandao wa milango isiyo na maana ya hyperspatial yenye uwezo wa kuhamisha vitu papo hapo kwa umbali mrefu. Katika Starship Troopers ya Robert Heinlein, askari pia hutumia nafasi kubwa kusafiri.
Wazo la safari ya anga ya juu limetumika katika filamu nyingi za opera ya angani, ikiwa ni pamoja na sakata maarufu ya Star Wars na mfululizo wa TV Babylon 5.
Mtindo wa filamu "Interstellar" karibu unafungamana kabisa na wazo hilovipimo vya juu. Katika kutafuta sayari inayofaa kwa ukoloni, mashujaa husafiri kupitia nafasi kupitia minyoo - handaki ya hyperspace inayoongoza kwenye mfumo mwingine. Na kuelekea mwisho, mhusika mkuu huingia katika ulimwengu wa nafasi ya multidimensional, kwa msaada ambao anasimamia kuhamisha habari kwa siku za nyuma. Filamu pia inaonyesha kwa uwazi uhusiano kati ya anga na wakati, iliyotolewa na Einstein: kwa wanaanga, wakati hupita polepole zaidi kuliko kwa wahusika Duniani.
Katika filamu "Cube 2: Hypercube" wahusika wanajikuta ndani ya tesraact. Kwa hiyo katika nadharia ya vipimo vya juu inaitwa mchemraba wa multidimensional. Katika kutafuta njia ya kutoka, wanajikuta katika ulimwengu sambamba, ambapo wanakutana na matoleo yao mbadala.
Wazo la nafasi yenye pande nyingi bado ni zuri na halijathibitishwa. Hata hivyo, leo ni karibu zaidi na halisi zaidi kuliko miongo michache iliyopita. Inawezekana kabisa kwamba katika karne ijayo, wanasayansi watagundua njia ya kuhamia katika vipimo vya juu na, kwa hiyo, kusafiri katika ulimwengu unaofanana. Hadi wakati huo, watu watawaza mengi kuhusu mada hii, wakibuni hadithi za kustaajabisha.
