Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения?

в 11:38, , рубрики: Вселенная, гравитация, измерения, Научно-популярное, спросите итана, физика

Существует пятое измерение, за пределами известных человеку. Это измерение огромно, как космос, и безвременно, как бесконечность. Это нейтральная территория для света и тьмы, для науки и суеверий.
Род Серлинг

Мы вполне привыкли к трём пространственным измерениям нашей Вселенной, к длине, ширине и глубине. Мы можем представить, как выглядят вещи в меньших измерениях – на двумерной плоскости или на одномерной линии – но с высшими измерениями всё не так просто, поскольку мы не можем представить себе движение в направлении, не описываемом нашим привычным пространством. Во Вселенной есть и четвёртое измерение (время), и только три пространственных. Но среди вопросов на этой неделе я увидел выдающийся вопрос из серии «что, если» от писателя Келли Люк:

Что для людей означало бы, если бы количество измерений в нашем мире менялось бы как времена года? Например, половина года у нас три измерения, а половина – четыре.

Представьте, по возможности, что у вас есть способность двигаться в одном дополнительном направлении – не входящем в обычный набор вверх-вниз, север-юг и запад-восток. Представьте, что такая способность есть только у вас.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 1

Для человека из нашего трёхмерного мира ваши способности будут выглядеть удивительно, и даже, в каком-то смысле, богоподобно. Ведь вы сможете:
• телепортироваться из одного места в другое, исчезая в одном месте и появляясь где-то ещё,
• переставлять или удалять внутренние органы человека, выполняя хирургические операции без разрезов,
• удалить кого угодно из его трёхмерной вселенной, и высадить чуть позже в любом другом месте по вашему выбору.

Как это возможно? Представьте, что вы, трёхмерное существо, взаимодействуете с двумерной вселенной, например, с набором цветоформ [игрушка на манер плоских кукол из бумаги, которых нужно одевать в нарисованную одежду – прим. перев.].

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 2

С точки зрения нас, обладающих дополнительным измерением, мы можем залезть внутрь двумерного существа и манипулировать их внутренностями без разрезов. Можем вывернуть их наизнанку или поменять лево и право. Можем поднять их с плоскости и перенести в любое место.

А если бы мы, трёхмерные существа, решили бы войти в двумерный мир, мы бы выглядели странно, поскольку они в любой момент могли бы видеть только наш двумерный срез:
• сначала мы бы появились в виде отпечатков ног,
• затем превратились бы в два кружочка, двигаясь вниз сквозь их вселенную,
• кружочки бы слились в эллипс,
• затем появились бы новые (пальцы),
• они бы выросли в два больших кружочка (руки, плечи),
• всё это объединилось бы в одну большую фигуру на уровне плеч,
• затем уменьшилось бы, снова выросло, и исчезло (шея, голова).

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 3

К счастью, в нашей Вселенной нет четырёхмерных существ, ведь они бы казались нам богоподобными существами, нарушающими физику. Но что, если бы не мы были существами из высших измерений, а во Вселенной было бы больше измерений? И это возможно – было показано, что в прошлом у Вселенной могло быть больше измерений.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 4

В контексте общей теории относительности довольно просто создать пространство-время, в котором количество макроскопических измерений со временем меняется. У нас могло быть больше измерений не только в прошлом, но и в будущем, более того, можно сконструировать пространство-время, где это число колеблется, и становится то больше, то меньше.

Так что да, в нашей Вселенной действительно может начать появляться четвёртое измерение.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 5
Тессеракт

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 6
Икоситетрахор

Всё это круто, но как бы это выглядело? Обычно мы не задумываемся над этим, но четыре фундаментальных взаимодействия – гравитация, электромагнетизм, и две ядерные силы – имеют именно такие свойства и величины потому, что существуют в том количестве измерений, которое есть во Вселенной. Если мы уменьшим или увеличим их количество, мы изменим, например, распространение силовых линий.

Изменение электромагнитных и ядерных сил привело бы к катастрофе.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 7

Представьте, что вы смотрите на атом, или на его внутреннюю часть, ядро. Ядра и атомы – строительный материал всего вещества, из которого состоит наш мир, и их масштабы чрезвычайно малы. У атомов – ангстремы (10-10 м), у ядер – фемтометры (10-15 м). Если эти силы начнут утекать в ещё одно пространственное измерение, изменятся законы, управляющие ими.

Проще говоря, у этих сил появится больше пространства для распространения, а значит, они станут ослабевать с расстоянием быстрее. На ядра это повлияет не так сильно – их размеры станут чуть больше, и у некоторых ядер поменяется стабильность. Стабильные ядра могут стать радиоактивными, и наоборот. Это не так страшно. Но вот с электромагнетизмом проблем будет больше.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 8
Таблица атомных орбиталей

Представьте, что внезапно силы, связывающие электроны с ядрами, ослабнут. Что изменится сила этого взаимодействия. На молекулярном уровне всё, что удерживает вас целом виде, это относительно слабые связи электронов и ядер. Если изменить это взаимодействие, изменится конфигурация всего. Ферменты денатурируют, белки изменят форму, управляемые лигандами нейроны перестанут подходить друг к другу, ДНК не будет кодировать молекулы, как положено.

То есть, если электромагнитное взаимодействие поменяется, проникая в четвёртое пространственное измерение, достигшее размеров ангстрема, люди немедленно умрут.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 9

Но не всё потеряно. Существует множество моделей, в основном, вдохновлённых теорией струн, в которых эти взаимодействия, электромагнитное и ядерное, ограничены тремя измерениями. И тогда в четвёртое сможет проникнуть лишь гравитация. Для нас это означает, что гравитация будет утекать в увеличивающееся в размерах (и во влиянии) четвёртое измерение. И объекты станут притягиваться слабее, чем раньше.

В результате будет происходить множество странных вещей.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 10

Начнут распадаться быстро вращающиеся астероиды, состоящие из неплотного вещества. Их притяжения будет недостаточно, чтобы удерживать камни и гравий на поверхности. Кометы при приближении к Солнцу будут испаряться быстрее и их хвосты станут более шикарными. А при достаточно сильном разрастании четвёртого измерение упадёт притяжение Земли, в результате чего планета раздуется, особенно вдоль экватора.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 11

Люди, живущие ближе к полюсам, почувствуют уменьшение гравитации, а тем, кто живёт ближе к экватору, будет грозить опасность полёта в космос. На макроуровне знаменитый закон Ньютона, закон обратных квадратов, превратится в закон обратных кубов, и гравитация будет гораздо быстрее убывать с расстоянием.

При разрастании измерения до расстояния между Землёй и Солнцем всё в нашей Солнечной системе придёт в разнос. Если это будет продолжаться больше нескольких дней в году – даже если гравитация будет приходить в норму на остальные 50 недель – наша Солнечная система полностью разрушится всего за сто лет.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 12

На Земле будут периоды, когда мы не только сможем ощущать дополнительное направление для движения, но и когда свойства гравитации сильно изменятся не в лучшую сторону. Мало того, что прыжки в длину и высоту уже никогда не будут прежними, последствия для нашей дорогой стабильной Вселенной будут апокалиптические.

Так что будь осторожна в своих желаниях, Келли, поскольку четвёртое измерение, вырастая до больших размеров, не только принесёт удивительные ощущения, но и высосет значительную часть Земли, включая атмосферу и экваториальные районы.

Но есть и плюс.

Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения? - 13

Глобальное потепление перестанет нас волновать, поскольку увеличение расстояния от Солнца сильно охладит наш мир, гораздо быстрее, чем увеличение количества CO2 в атмосфере будет его разогревать! У всех минусов есть свои плюсы, и хотя нам останется лишь несколько лет, чтобы наслаждаться новым измерением, этот опыт может стоить остатка нашей жизни.

Автор: SLY_G

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля