1. Scroll
  2. /
  3. Technologia
  4. /
  5. Czym jest czwarty wymiar. Jak go sobie wyobrazić?

Technologia

1 miesiąc temu

Czym jest czwarty wymiar. Jak go sobie wyobrazić?

Nauka
3
0
0
3
0

Najprościej byłoby powiedzieć, że czwartym wymiarem jest po prostu czas. Według fizyki relatywistycznej to właśnie czas jest ściśle powiązany z trzema pozostałymi wymiarami. Co jednak, gdy pojawia się czwarty wymiar przestrzenny?

Wymiary w naszym świecie – podstawowe informacje

Ile jest wymiarów w naszym świecie? Zapewne podczas szkolnych zajęć spotkałeś się z pojęciem czasoprzestrzeni. Określa zdarzenia, które należy umiejscowić w konkretnej przestrzeni i czasie – na co wskazuje już sama nazwa. Oznacza to, że każdy istniejący obiekt można opisać za pomocą trzech wartości: długości, szerokości oraz wysokości. Takie parametry są nazywane przestrzennymi, ponieważ pozwalają na umieszczenie opisywanego przedmiotu na konkretnej płaszczyźnie. Nie da się mówić o żadnym bycie, jeśli nie zna się odpowiedzi na pytanie: „kiedy jest?”. 

Czwarty wymiar

Czas to czwarty wymiar, który należy wziąć pod uwagę, opisując istniejące zjawisko lub przedmiot. Kiedy planujesz spotkanie z przyjaciółmi, ustalasz konkretne miejsce, ale i termin. Jeżeli uzgodnisz jedynie godzinę, wszyscy wyjdą z domu o podobnej porze, jednak nie będą wiedzieli, dokąd mają dotrzeć. Jeśli natomiast ustalone zostanie tylko miejsce spotkania, trzeba czekać cały dzień na przykład w wybranej restauracji, aby spotkać się z każdym znajomym. Potwierdza to, że wszystkie cztery wymiary czasoprzestrzeni są istotne.

Fizyka relatywistyczna wskazuje rozumienie czwartego wymiaru w kontekście „czasowym”, czyli po prostu jako czas. Pojęcie czasoprzestrzeni zostało zdefiniowane przez Alberta Einsteina w 1905 roku w szczególnej teorii względności. Dokonania wybitnego fizyka pozwoliły na rozwijanie badań w tej dziedzinie, dzięki czemu współcześnie naukowcy informują o istnieniu nawet dziesięciu płaszczyzn opartych o odmienne nieskończoności. 

Jak wyobrazić sobie czwarty wymiar przestrzenny?

Istnieją sposoby na to, aby wyobrazić sobie czwarty wymiar. Do tej pory mówiono o możliwości postrzegania świata w sposób trójwymiarowy oraz poruszania się jedynie w górę i w dół, w lewo i prawo oraz w przód i tył. Jednak wszechświat jest o wiele bardziej skomplikowany. Naukowcy z dziedziny fizyki, którzy znaleźli sposób na rozwiązanie zagadki czwartego wymiaru, w 2016 roku odebrali nagrodę Nobla. Tym samym udowodnili, że da się opisywać uniwersum również poprzez 4D. 

Badacze stworzyli dwa zestawy do wykonania eksperymentu. Opracowali dwuwymiarowe układy: jeden z nich zawierał ultrazimne atomy, natomiast drugi składał się z cząsteczek światła. Mimo że wyniki zebrane z obu próbek badawczych były odmienne, wzajemnie się uzupełniały, tworząc zupełnie nowe spojrzenie na fizykę kwantową. Do wykonania przełomowego eksperymentu wykorzystano zjawisko Halla (odkryte w 1879 roku). 

Na czym polega i jak pomogło w poznawaniu czwartego wymiaru? Mówi, że elektrony mogą poruszać się wyłącznie po ścieżkach, które zostały zdefiniowanie topologicznie – czyli poprzez zbadanie własności nieulegających zmianie, nawet jeśli przedmiot zostanie znacząco zdeformowany. Właściwości są nazywane niezmiennikami topologicznymi, a warunkiem jest uzyskanie zmian bez rozrywania, przecinania oraz zlepiania poszczególnych części. 

Przeprowadzone badania wykazują, że czwarty wymiar może być opisywany na podstawie trzeciego – tak, jak da się opisać trzeci, opierając się o drugi. Postać 3D sprawia, że pada dwuwymiarowy cień. Obserwując zjawisko, uzasadnione jest podanie informacji o obiekcie, nie znając tak naprawdę dogłębnie wszystkich jego właściwości. To uzasadnia opisywanie odmiennych płaszczyzn na podstawie informacji, które udało się zebrać o poprzednikach. 

Teoria superstrun – cztery wymiary, a nawet więcej!

Teoria superstrun zaburza myślenie o czasoprzestrzeni jako podstawowej płaszczyźnie. Cztery bazowe wartości są Ci znane, jednak okazują się niewystarczające. Należą do nich trzy dane fizyczne (długość, szerokość i wysokość) oraz czwarty wymiar przestrzenny, jakim jest czas. Współcześnie powstaje wiele nowych twierdzeń strunowych, które różnią się bazowymi informacjami, przez co i końcowe wnioski są odmienne. 

Superstruny to zbiór wszystkich zagadnień dotyczących badań nad przestrzenią i czasem, ale też nieskończonościami. Nie można zapomnieć również o koncepcji supersymetrii, głoszącej, że każdej cząstce odpowiada jej „superpartner”. Zważając na wszystkie elementy, trudno wierzyć, iż we wszechświecie są tylko cztery wymiary. Prawdopodobieństwo występowania rzeczywistości podobnej do tej, którą znasz, jest naprawdę wysokie. 

Tesarakt - czwarty wymiar
Tesarakt to przykład hipersześcianu 4-wymiarowego

Inny wymiar – czy istnieje? Badacze z zakresu fizyki kwantowej już dawno pochylili się nad tym zagadnieniem, próbując znaleźć wytłumaczenie. Spór między naukowcami trwa jednak do dziś, nie otrzymujemy więc jednoznacznej odpowiedzi. Uczeni zajmujący się tym tematem zakładają bowiem, że może istnieć dziesiąty, jedenasty, a nawet dwudziesty czwarty wymiar. Za co wobec tego odpowiada każdy z nich? 

Piąty ma ścisły związek z rozwinięciem wartości, jaką jest czas. Badacze proponują, aby rozumieć go jako rozgałęźnik na osi współrzędnych, czyli możliwości wyboru swojej ścieżki. W szóstym wymiarze zawierają się światy równoległe, czyli wszystko, co mogło powstać (lub już to zrobiło) od momentu pojawienia się pierwszych cząsteczek. Siódmy odpowiada za nieskończoność oraz za moment powstania wszechświata

Jeszcze bardziej niezwykły ósmy wymiar jest stworzony z różnych nieskończoności, natomiast dziewiąty łączy wszechświaty tam istniejące, a także ułatwia poruszanie się między nimi, czyli ma bezpośredni związek z poprzednim. Z kolei dziesiąty wymiar to miejsce, w którym rozpoczęły się wszelkie możliwe nieskończoności (chociaż zdecydowanie właściwsze byłoby nazwanie go punktem). Teoria superstrun jest najlepszą, jaką udało się do tej pory wypracować naukowcom.

Czy ludzki mózg może „dostrzec” czwarty wymiar przestrzenny?

Ludzki mózg nie „dostrzega” czwartego wymiaru. Co prawda istnieje możliwość wyobrażenia sobie tego, a na podstawie badań da się również odwzorować jego działanie. Człowiek to “wytwór” trójwymiarowy, przez co niemożliwe jest dla niego wyjście poza tę płaszczyznę. Dopiero gdy znajduje się w innym „świecie”, zdaje sobie sprawę z jego istnienia. Nawet ludzkie oczy widzą inaczej. Pojedynczy obraz odbierany przez każde oko figuruje jako dwumiarowy. Poprzez połączenie obu sygnałów staje się dopasowany do 3D.

Aby zobrazować przeprowadzone przez naukowców badania, warto narysować sobie na kartce dwuwymiarową osobę, a następnie dodać wokół niej kwadrat – tak, aby znajdowała się w środku. Z jej perspektywy, nie ma nic poza tą figurą, jedynie góra i dół, boki oraz przód i tył. Dla obserwatora 3D, czyli dla Ciebie, rzeczywistość jest inna, przecież możesz wyjąć tę postać z kwadratu i postawić ją w dowolnym innym miejscu. Tym samym przenosisz ją do innego (dotąd nieznanego) wymiaru! 

Sprawdź: Podróżowanie w czasie – czy to możliwe? Przykłady za i przeciw możliwościom podróży w czasie

Jest niewidoczny dla rysunkowego bohatera, dopóki się w nim nie znajduje. Teraz wyobraź sobie, że narysowany człowiek stoi w sześcianie, a Ty obserwujesz go z perspektywy 4D. Możesz tę osobę przenieść, jednak ma szansę wrócić ponownie do 3D. Takie zależności wykazują, że badanie konkretnego „świata” odbywa się na podstawie informacji o eksperymentach prowadzonych na innych płaszczyznach. Zupełnie tak, jak uważają Nobliści z dziedziny fizyki kwantowej.

Pamiętaj, że mówiąc o tematach z zakresu fizyki, warto zwracać szczególną uwagę na wszystkie frazy oraz ich szczegółowe zagadnienia. Niezrozumienie definicji doprowadza do wysnucia błędnych wniosków. Czasoprzestrzeń to pojęcie zawierające w sobie kilka wartości: długość, szerokość, wysokość (trzy podstawowe parametry) oraz czas (czwarty wymiar). Płaszczyzna 4D odnosi się również do innego „świata”, który możesz sobie wyobrazić, jednak wszelkie próby racjonalizowania okazują się nieprecyzyjne lub po prostu nietrafione. 

Do poprawnego zrozumienia fizyki, niezbędna jest umiejętność przestrzennego opisywania zarówno postaci, jak i zjawisk czy obiektów. Rozróżnienie poszczególnych właściwości oraz poprawne umieszczenie przedmiotów na konkretnej płaszczyźnie to kluczowe zadanie. Spróbuj wykonać pomocniczy rysunek z dwuwymiarową postacią i kwadratem, a następnie umów się ze znajomymi, nie podając konkretnej godziny spotkania. Przekonasz się, jak wielki wpływ na codziennie aktywności ma wszechświat, a także dlaczego warto znać wszystkie składowe czasoprzestrzeni!

Źródło obrazu głównego: louisville.edu

3
0

Podziel się:

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.