El autor está totalmente de acuerdo con la observación de V. Aleksandrov y cree que muy correctamente llamó la atención sobre algún aspecto de una de las cuestiones fundamentales de la física teórica moderna. Sin embargo, las leyes de la popularización científica no siempre permiten describir con precisión y rigor las teorías modernas del espacio-tiempo. Esto está confirmado por el trabajo de científicos tan destacados como Hawking, Kaku, Green, Vilsnkin.
Por lo tanto, si ignoramos el ingenio de que el espacio físico multidimensional resulta incrementado por el número de coordenadas cartesianas escolares, como se encuentra a menudo en la literatura, entonces necesitamos una historia completa sobre “ de dónde vinieron ” las dimensiones adicionales y cómo se usan en la física moderna.
El misterio de la voluntad de Einstein
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Existe una leyenda que poco antes de partir hacia otro mundo con las palabras: "Bueno, ahora voy a averiguar cómo funciona todo", el gran físico Albert Einstein logró combinar todos los campos físicos conocidos en una fórmula. El genio escribió sus cálculos en un sencillo cuaderno escolar, que tituló "Teoría del campo unificado". El ingenioso creador de la nueva física pensó mucho en el futuro destino de su descubrimiento que hizo época y, al final, decidió que la humanidad aún no estaba preparada para controlar el espacio-tiempo y viajar a otras dimensiones …
Los rumores sobre el "Testamento de Einstein" se difundieron inmediatamente después de su muerte, y sus fuentes aún no están claras. Quizás esto se deba a los trabajos inconclusos del científico, en los que hay extrañas lagunas y subestimaciones. Al mismo tiempo, la mayoría de sus biógrafos están seguros de que si existió el "Testamento de Einstein", lo más probable es que fuera quemado y esparcido junto con sus cenizas sobre las extensiones del Atlántico según la última voluntad del genio.
El asombroso mundo de Einstein se basa en su teoría de la relatividad, que vincula la gravedad con la geometría del propio espacio-tiempo. Esto se puede considerar como una superficie elástica en la que todos los cuerpos forman embudos de formas diferentes. Por ejemplo, todos los cuerpos del sistema solar rodarán hacia la cavidad espacial de nuestra estrella, y el embudo de la tierra contendrá la luna, satélites artificiales, todos los objetos en la superficie y, por supuesto, tú y yo.
Un tremendo éxito para la teoría de Einstein se produjo después de los descubrimientos astronómicos de la desviación de los rayos de luz de las estrellas distantes cercanas al Sol. Mucho más tarde, los astrónomos también registraron asombrosas lentes gravitacionales cósmicas. De modo que se resolvió el enigma intrigante de múltiples imágenes de objetos cuasi estelares muy distantes, los cuásares. Las galaxias más cercanas distorsionan su imagen con sus "ondas de espacio-tiempo", provocando la aparición de figuras tan extrañas como la famosa "cruz de Einstein".
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Pero las maravillas del mundo de Einstein tampoco se limitan a esto. ¡La teoría de la relatividad explica cómo entrar en otras dimensiones!
Para hacer esto, debes sumergirte en los agujeros sin fondo del espacio cerca de los famosos agujeros negros. Y, aunque los científicos todavía discuten sobre lo que hay dentro de tales "colapsos gravitacionales", donde la materia parece caer "dentro de sí misma", el propio Einstein, junto con su colega Nathan Rosen, predijo con seguridad que era allí donde se ocultaba el camino real hacia otras dimensiones. … Consiguieron construir una especie de transiciones matemáticas entre los puntos de "pinchazo" del espacio-tiempo. Los "puentes de Einstein-Rosen" pueden conectar partes muy distantes del universo visible de la metagalaxia, aunque muchos detalles no están claros aquí.
Hoy en día, los físicos ya no se sorprenden por los nuevos modelos de "agujeros de gusano" y "agujeros de gusano", que conducen, según la teoría de la gravedad de Einstein, a lo desconocido desde el núcleo de los agujeros negros. Por otro lado, la teoría de la relatividad misma está en constante evolución. Quizás pronto los teóricos sean capaces de combinar el electromagnetismo con la gravedad, haciendo realidad el principal sueño del gran científico. En este camino, muchas esperanzas están asociadas con un mayor desarrollo de la teoría de la supergravedad de Einstein, que une el microcosmos y el macrocosmos incomparables.
En términos generales, la esencia de la supergravedad es la presencia de dimensiones adicionales en el espacio-tiempo de 11 dimensiones. Aquí, un campo ilimitado se abre para fantasías físicas y matemáticas. Después de todo, como ya se mencionó, teóricamente es posible encontrar tanto mundos-partículas como universos completos, "empaquetados" en otras dimensiones.
El autor representa plenamente la indignación de muchos de sus colegas que leyeron las últimas líneas. Para nuestro más profundo pesar, de ninguna manera es posible contar más o menos estrictamente sobre las nuevas teorías del espacio-tiempo en un artículo. Después de todo, el aparato matemático de la teoría de grupos es extremadamente difícil de popularizar.
Sin embargo, no hay por qué perder la esperanza: la teoría de la relatividad también se consideró una vez la construcción matemática más difícil, pero hoy se estudia con éxito en la escuela.
El misterio de las dimensiones ocultas
Al construir teorías modernas de otros espacios y dimensiones, los físicos-teóricos se encontraron una vez con un resultado muy extraño, publicado a principios de la década de 1920. del siglo pasado, profesor de Koenigsberg en la Universidad de Theodor Kaluza.
Este físico polaco-alemán desde el principio apreció el profundo potencial inherente a la teoría de la relatividad y, basándose en él, creó una serie de construcciones geométricas originales para varios ceros físicos. En el siguiente paso, decidió audazmente combinar la geometría de la gravedad y el electromagnetismo. Al final, Kaluza pudo obtener inesperadamente un espacio-tiempo de cinco dimensiones inusualmente curvado, que incluía tanto la gravitación como el campo electromagnético de Maxwell.
Durante mucho tiempo, los contemporáneos vieron las construcciones de Kaluza como un simple rompecabezas matemático que no tenía análogo en el mundo físico. En 1926, el físico y matemático sueco Oscar Klein se hizo cargo del desarrollo de la teoría de Kaluza, después de lo cual se conoció como la teoría de Kaluza-Klein.
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Este trabajo medio olvidado en algún momento interesó mucho a Einstein, empujándolo a la causa de toda su vida posterior: la búsqueda de la Teoría del Campo Unificado. Para su profundo pesar, no pudo avanzar por este camino, porque no pudo encajar la existencia de partículas elementales en sus construcciones. Pasó medio siglo hasta que las ideas de Kaluza interesaron a los creadores modernos de la Teoría del Todo (como los físicos llaman a una teoría unificada de todas las partículas y fuerzas conocidas). Aquí es donde surgió la idea de un espacio multidimensional real, en el que la geometría conecta todos los campos físicos existentes.
Naturalmente, surge inmediatamente una pregunta obvia: ¿cómo se manifiestan las dimensiones espaciales adicionales en el mundo circundante? La respuesta es un término: compactación. Esto significa que cada dimensión "extra" más allá de las tres conocidas está enrollada como un resorte en una escala supermicroscópica. Aquí surge un sorprendente "paisaje" de la teoría del chorro, donde los objetos materiales más pequeños no parecen puntos habituales, sino estructuras extendidas. Vibrando como cuerdas ordinarias, generan el espectro de todas las partículas elementales conocidas.
Así es como entran en nuestro mundo las dimensiones multidimensionales más "ordinarias", tan queridas no solo por los físicos teóricos, sino también por los escritores de ciencia ficción. ¿Puedes verlos de alguna manera? ¿O al menos sentir indirectamente la presencia de estas profundidades del microcosmos?
Los cálculos muestran que esto requiere energías completamente inimaginables, y un acelerador de partículas para estudiar este problema ocupará todo el sistema solar. Sin embargo, los científicos no se desaniman y están buscando nuevas formas de espacio multidimensional. Puede que sean algunos fenómenos espaciales aún no conocidos y nuevos efectos en la próxima generación del LHC …
Ramas metaversas
Las construcciones teóricas de mundos multidimensionales se hicieron comunes en el círculo de los matemáticos en la década de 1920. del siglo pasado, pero los físicos desde el principio los trataron con gran prejuicio. Después de todo, es suficiente agregar una dimensión adicional, y los planetas comenzarán a separarse de sus órbitas, y la materia se volverá inestable, desmoronándose en átomos separados. Todo esto se describe notablemente en el libro del destacado historiador científico y divulgador G. E. Gorelik, que se llama "¿Por qué el espacio es tridimensional?" En el matemático M. Gardner se pueden encontrar muchas ilustraciones brillantes de arte popular del mundo de muchas dimensiones. Estos libros no solo analizan científicamente en profundidad la dimensión de nuestro mundo, sino que también consideran opciones alternativas en las que no habría lugar solo para una persona, y para la vida proteica en general.
Sin embargo, con mucha más frecuencia hay obras en las que los mundos multidimensionales prácticamente no se diferencian de nuestro Universo tetradimensional, solo que contienen una mayor cantidad de coordenadas. En este sentido, el destacado físico estadounidense, el premio Nobel Stephen Weinberg comentó una vez que esto se asemeja a la posición de los ufólogos, quienes están abrumadoramente seguros de que en contacto con extraterrestres ciertamente encontraremos, si no hombres verdes de placas voladoras, ciertamente con algo. algo parecido a los escarabajos o pulpos.
Otro problema de larga data que se ha considerado desde la antigüedad también está relacionado con la dimensionalidad de nuestro Universo: ¿cuáles son las partículas mínimas que componen el espacio y el tiempo? Las células más pequeñas del espacio-tiempo se pueden encontrar tanto en las teorías de supergravedad cuántica como en los modelos de supercuerdas. Todos ellos están ubicados en el espacio de otra dimensión, algo que recuerda a una pieza de tela tejida con fibras de hilo. Al mismo tiempo, los teóricos estipulan con prudencia de antemano que estos objetos extremadamente pequeños son fundamentalmente inobservables y solo pueden manifestarse de alguna manera a energías ultra altas.
El destacado teórico de las supercuerdas Juan Maldaseia comentó recientemente de manera aforística que los físicos modernos viven en anticipación de un milagro cuando algún experimento inesperado o incluso observación espacial confirma que el esqueleto del Universo contiene huesos adicionales de dimensiones invisibles.
En este caso, solo debemos ser pacientes …
Misterios del espacio-tiempo
Cabe señalar que los periodistas y escritores han notado durante mucho tiempo la confusión que reina en las teorías de los físicos. Entonces, la opinión generalizada en el ambiente pseudocientífico literario es que cualquier milagro y transformación concebible es obra de extraterrestres de otras dimensiones. Los magos y psíquicos modernos van aún más lejos. Aquellos que creen seriamente que sus trucos paranormales se explican por el espacio de otra realidad. Es bastante natural que el concepto teórico más "de moda" del Universo múltiple - Multiverso esté estrechamente relacionado con versiones multidimensionales de generalización de supercuerdas similares. "Teoría M".
La teoría M contiene muchas opciones para otras dimensiones. Se basa en dimensiones "retorcidas", que son "remanentes extradimensionales" del nacimiento de nuestro Universo en el monstruoso cataclismo del Big Boil. En tales especulaciones científicas (así se llama con bastante razón teorizar sin una base experimental suficiente), incluso antes del "comienzo de todo" en el protoespacio de otras dimensiones, tuvieron lugar ciertos procesos que llevaron al comienzo de la historia de nuestro Universo.
Sin embargo, aquí debemos admitir que ni los físicos elementales, que dividen partículas en el fondo mismo de la materia, ni los astrofísicos, que han alcanzado los límites extremos de la Metagalaxia, nunca han registrado milagros que indiquen la presencia de un subespacio "de otra dimensión" en nuestra realidad …
Sin embargo, la mera ausencia de dimensiones adicionales también es muy importante. Después de todo, esto nos permite entender por qué nuestro mundo se está desarrollando de esta manera, lo que, a su vez, puede dar una clave para las nuevas leyes fundamentales de la evolución del Universo.
