Tagi


Archiwa


Zaprzyjaźnione


/ 11

Artykuły

2, 3, 4, 5… 11!

1st Sie '12

Istnieje wiele zasadniczych pytań związanych z nauką, na które w zasadzie nie można spodziewać się znalezienia odpowiedzi. Są to pytania, wręcz filozoficzne, zaczynające się od nieznośnego słowa – Dlaczego? Dlaczego powstał świat? Dlaczego światło ma akurat taką prędkość? Dlaczego wszelkie parametry pozwalają na istnienie życia? Wymyślać można w nieskończoność, co pokazuje wyjątkową skłonność ludzkości do pytania o sens lub przyczynę. Dorzucę do listy jeszcze jedno: Dlaczego wszechświat ma akurat 3 wymiary przestrzenne?

Natura w pewien sposób pozwo­liła nam odsłonić już wiele swoich tajemnic, Jak daleko możemy zajść? Nie będziemy wiedzieć, aż nie spró­bu­jemy.
– Joseph Lykken
Tak naprawdę uważam, że w powyż­szym pytaniu czai się pułapka. Najpierw należy zapytać: czy aby na pewno rze­czy­wi­stość jest trój­wy­mia­rowa?

Stan rzeczy widoczny na pierwszy rzut oka nikogo nie dziwi. Każdy przed­miot może mieć długość, sze­ro­kość i wysokość. Do tego naukowcy dorzu­cają tzw. 4 wymiar, czyli wymiar czasowy*. Wyobraźmy sobie, że kosmos ulega dziwnej meta­mor­fozie, w efekcie której znika jeden z wymiarów. Dla nas, graczy, to sytuacja znajoma. Nagle uświa­da­miamy sobie co musiałby czuć Mario, PacMan, Super Frog i setka innych boha­terów znanych z wir­tu­alnej klasyki. Jesteśmy abso­lutnie płascy, nasze ruchy są bardzo ogra­ni­czone: góra, dół, lewo, prawo. Czy poczu­li­byśmy jaką­kol­wiek różnicę w porów­naniu do stanu poprzed­niego? Być może, trudno to empi­rycznie zbadać. Pokuszę się jednak o stwier­dzenie, że jeśli uro­dzi­li­byśmy się w dwu­wy­mia­rowym świecie, to nie czu­li­byśmy żadnego skrę­po­wania. Nie zdzi­wi­łoby nas, że niczym sym­pa­tyczny hydraulik musimy każdą prze­szkodę prze­ska­kiwać, gdyż nie ma moż­li­wości by ją obejść bokiem. Wręcz trudno ocze­kiwać od dwu­wy­mia­rowej istoty aby mogła rozumieć jak działa trój­wy­mia­rowa rze­czy­wi­stość. Płaskie dzieci nie uczyłyby się w szkołach o sze­ścia­nach, walcach i kulach. Aż ciekawe jak dzia­łałby płaski globus. Nawet gdyby płaskim naukowcom udało się obliczyć model trój­wy­mia­rowej prze­strzeni, to i tak mieliby problemy z wyobra­że­niem sobie brył, nie mówiąc już o nie­moż­li­wości ich skon­stru­owania.
mario3d
Aby zro­zu­mieć jak wielki wpływ na rozu­mienie rze­czy­wi­stości ma postrze­ganie wymiarów, wyobraźmy sobie teraz, że umiemy wyska­kiwać z pła­skiego uni­wersum, albo, że nasz Mario potrafi „oderwać” się na chwilę od ekranu monitora. W tym momencie dzieją się rzeczy, z punktu widzenia innych dwu­wy­mia­ro­wych istot, prze­dziwne. Mario, omija prze­ciw­nika wyska­kując w wyższy wymiar! Zasko­czony grzybek praw­do­po­dobnie widzi jak bohater znika i pojawia się za nim. Podobnie, gdybyśmy byli garstką jedynych ludzi mogących wyska­kiwać poza dwu­wy­mia­rowy świat, zyska­li­byśmy moc niemal boską. Mówimy o tak zwanym stopniu swobody. Im więcej wymiarów do dys­po­zycji, tym więcej stopni swobody i tym więcej potra­fimy zrobić. Bez prze­szkód mogli­byśmy omijać prze­szkody i stawać się nie­wi­dzialni. Dla płaskich miesz­kańców, dosłownie zni­ka­li­byśmy z obser­wo­wal­nego wszech­świata.

Krzyż na obrazie jest niczym innym jak trój­wy­mia­rową siatką hiper­sze­ścianu.

Skoro potra­fimy wyobrazić sobie świat o nie­ty­powej, mniej­szej liczbie wymiarów, to dlaczego nie pomyśleć o prze­strzeni od nad­mia­rowej ilości wymiarów? Jest to bardzo trudne. Ewo­lu­owa­liśmy w ten sposób, że nawet gdyby 4 wymiar był tuż obok, to i tak praw­do­po­dobnie nie wyczu­li­byśmy go. Jednak z pomocą przy­chodzą nam modele mate­ma­tyczne i geo­me­tryczne. Skoro potra­fimy przed­stawić w formie dwu­wy­mia­rowej siatki, trój­wy­mia­rowe bryły, to ana­lo­gicznie możemy spró­bować roz­ry­sować hiper­bryłę. Naj­prostszą czte­ro­wy­mia­rową figurą wydaje się być tesserak, czyli hiper­sze­ścian. Co ciekawe trój­wy­mia­rowy plan hiper­sze­ścianu, złożony ze zbioru sze­ścianów, można zaob­ser­wować na obrazie Salva­dora Dali, który zamie­ściłem powyżej. Drugim sposobem przed­sta­wienia czte­ro­wy­mia­rowej bryły jest stwo­rzenie dyna­micz­nego modelu, pod­le­ga­ją­cego geo­me­trycznym prze­obra­że­niom.
Hiper­prze­strzeń okazuje się inte­re­su­jącą sprawą, trzeba było jednak zasta­nowić się, czy ma jakie­kol­wiek zasto­so­wanie. Już na początku XX wieku, mate­matyk z Królewca, Teodor Kaluza, zapro­po­nował model pię­cio­wy­mia­ro­wego uni­wersum. Kaluza bawił się dodat­ko­wymi wymia­rami prze­strzeni aby zuni­fi­kować elek­tro­ma­gne­tyzm z teorią względ­ności. Sam Einstein  zachwycał się tym ele­ganckim pomysłem, mimo jego nie­we­ry­fi­kal­ności. Nie­miecki mate­matyk twier­dził, że wymy­ślony przez niego piąty wymiar musi być po prostu inny od pozo­sta­łych. Wpadł więc na pomysł, że będzie on zwinięty do wiel­kości nie­zwykle małej, nie­ob­ser­wo­walnej nawet przy użyciu mikro­skopów.

Teoria Kaluzy, choć osta­tecznie nie odniosła spek­ta­ku­lar­nego sukcesu, pozo­sta­wiła po sobie istotną spu­ściznę. Po kil­ku­dzie­sięciu latach, kon­cepcja hiper­prze­strzen­nego wszech­świata, ze zwi­nię­tymi do nie­wia­ry­godnie małych roz­miarów wyższymi wymia­rami wróciła do łask. Stało się tak za sprawą głównej kan­dy­datki na teorię wszyst­kiego, czyli teorii strun. Jej naj­nowsza wersja zwana M-teorią, prze­wi­duje ist­nienie aż 11 wymiarów! Z natych­miast nasu­wa­jącym się pytaniem – dlaczego akurat tyle wymiarów – związana jest dość długa historia. Stresz­czając ją do minimum: począt­kowo istniało 5 kon­cepcji dzie­się­cio­wy­mia­ro­wych teorii strun, z których każda świetnie opi­sy­wała funk­cjo­no­wanie wszech­świata. Oczy­wi­stym było jednak, iż nie może istnieć 5 teorii wszyst­kiego, toteż naukowcy musieli tę kwestię roz­wi­kłać. Na genialny pomysł wpadł Edward Witten, który wykazał, że wszystkie kon­cepcje teorii strun są odbiciem jednej, a całość uni­fi­kuje się właśnie w 11 wymia­rach.

Wersja mul­ti­me­dialna, czyli Carl Sagan o pła­sko­landii i hiper­sze­ścianie.

Jak mogliśmy się prze­konać przez eks­pe­ry­ment myślowy doty­czący dwu­wy­mia­rowej prze­strzeni, wyska­ki­wanie w wyższe wymiary daje nowe moż­li­wości i zupełnie zmienia spoj­rzenie na świat. Pojawia się również następne pytanie: czy w hiper­prze­strzeni obo­wią­zywać będą nowe prawa fizyki? Wszystko wskazuje na to, że w tym miejscu leży klucz do naj­więk­szych zagadek współ­cze­snej nauki. Mimo to, co bardziej tra­dy­cyjni fizycy wzbra­niają się przed nad­pro­gra­mo­wymi wymia­rami. Trudno aby nie­we­ry­fi­ko­walne doświad­czalnie teorie nie wzbu­dzały wewnętrz­nego sprze­ciwu umysłów ścisłych. Z drugiej jednak strony już w historii bywało, że to co miało być tylko mate­ma­tyczną zabawką, oka­zy­wało się zdu­mie­wa­jącą rze­czy­wi­sto­ścią.
podpis-czarny

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.

  • PawełP

    Świetny artykuł, potra­fisz zacie­kawić czy­tel­nika!
    Będę tu regu­larnie zaglądał, bo podoba mi się Twój sposób pisania i zagad­nienia poru­szane w Twym blogu.
    Pozdra­wiam :)

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/15804286059020704417 Juliusz Bilbo

    Czy drgania strun mogą stanowić układ odnie­sienia dla zli­czania czasu?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Jak rozumiem chodzi o wyko­rzy­stanie strun ana­lo­gicznie do atomów cezu w zegarach ato­mo­wych? Nie spo­tkałem się nigdy z takim roz­wa­ża­niem, ale myślę że teo­re­tycznie byłoby to możliwe. Pod­kre­ślam – teo­re­tycznie – bo trzeba się liczyć z tym, że tech­nicznie nigdy nie znaj­dziemy sposobu aby sięgnąć tego poziomu.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/15804286059020704417 Juliusz Bilbo

    W jaki sposób w mteori jest roz­wa­żany czas?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://resonance.is/ maxtron

    odnośnie świata 2-wymia­ro­wego polecam: Flatland: A Romance of Many Dimen­sions. Książka daje nam także narzę­dzia jak można rozwinąć postrze­ganie 4 wymiaru prze­strzeni.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • mazi04

    Mozna wywnio­skowac ze ze dziwne wla­snosci mecha­niki kwan­towej moga wynikac z wiekszej ilosci wymiarow w ktorych poru­szaja sie czastki

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Pingback: Kosmiczna symfonia cz.5: M-Teoria | Kwantowo.pl()

  • PS

    Ja tylko dla porządku dodam, że nie tylko naukowcy lecz również piloci dorzu­cają czwarty wymiar – czasowy :)

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Mariusz

    Zagadka żarcik. Świat prostej to świat jed­no­wy­mia­rowy w którym mamy dwa kierunki. Prościak w tym świecie będzie się poruszał w przud i w tył. Jeżeli dwie proste się przetną(dwa światy jed­no­wy­mia­rowe) , to prościak zyska nowe możliwości;cztery kierunki. Ile kie­runków ma hipo­teczny świat , złożony z dwóch prze­ni­ka­ją­cych się trój­wy­mia­ro­wych światów?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • man from the blue water

    Gene­ralnie fajna strona, brawo. Porusza wiele zagad­nień, którymi pasjo­nuję się od dziecka, od wielu lat. :)
    Oprócz mecha­niki kwan­towej oraz odkryć zwią­za­nych z kosmosem zawsze inte­re­so­wało mnie zagad­nienie: czy nauka może potwier­dzić lub zaprze­czyć wierze w Boga. Ostatnio spo­tkałem się z teorią, ze Bóg jest istotą wie­lo­wy­mia­rową. … I w chwilach wolnych własnie się nad tym zasta­na­wiam.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      W takim razie dziękuję za gene­ralnie pozy­tywny komen­tarz. 😉

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0