L'auteur souscrit pleinement à la remarque de V. Aleksandrov et estime qu'il a très correctement attiré l'attention sur un aspect de l'une des questions fondamentales de la physique théorique moderne. Cependant, les lois de la vulgarisation scientifique ne permettent pas toujours une description précise et rigoureuse des théories modernes de l'espace-temps. Ceci est confirmé par les travaux de scientifiques aussi remarquables que Hawking, Kaku, Green, Vilsnkin.
Par conséquent, si nous ignorons l'ingéniosité selon laquelle l'espace physique multidimensionnel s'avère être augmenté du nombre de coordonnées cartésiennes scolaires, comme on le trouve souvent dans la littérature, alors nous avons besoin d'une histoire complète sur «d'où» viennent les dimensions supplémentaires et comment elles sont utilisées dans la physique moderne.
Le mystère de la volonté d'Einstein
Il y a une légende qui peu de temps avant de partir pour un autre monde avec les mots: "Eh bien, maintenant je vais découvrir comment tout cela fonctionne", le grand physicien Albert Einstein a réussi à combiner tous les champs physiques connus dans une formule. Le génie a écrit ses calculs dans un simple cahier d'école, qu'il a intitulé "Théorie des champs unifiés". Le créateur génial de la nouvelle physique a beaucoup réfléchi au sort futur de sa découverte historique et a finalement décidé que l'humanité n'était pas encore prête à contrôler l'espace-temps et à voyager vers d'autres dimensions …
Des rumeurs sur le "Testament d'Einstein" se sont répandues immédiatement après sa mort, et leurs sources ne sont toujours pas claires. Cela est peut-être dû aux travaux inachevés du scientifique, dans lesquels il y a d'étranges lacunes et des sous-estimations. En même temps, la plupart de ses biographes sont sûrs que si le «Testament d'Einstein» existait, alors, très probablement, il a été brûlé et dispersé avec ses cendres sur les étendues de l'Atlantique selon la dernière volonté du génie.
Le monde étonnant d'Einstein est basé sur sa théorie de la relativité, qui relie la gravité à la géométrie de l'espace-temps lui-même. Cela peut être considéré comme une surface élastique dans laquelle tous les corps forment des entonnoirs de formes différentes. Par exemple, tous les corps du système solaire rouleront dans la dépression spatiale de notre étoile, et l'entonnoir terrestre contiendra la lune, des satellites artificiels, tous les objets à la surface et, bien sûr, vous et moi.
Un énorme succès pour la théorie d'Einstein est venu après les découvertes astronomiques de la déviation des rayons lumineux des étoiles éloignées près du Soleil. Beaucoup plus tard, les astronomes ont également enregistré d'étonnantes lentilles gravitationnelles cosmiques. Ainsi l'énigme intrigante de multiples images d'objets quasi-stellaires très éloignés - les quasars - a été résolue. Les galaxies plus proches déforment leur image avec leurs "ondulations d'espace-temps", provoquant l'apparition de figures aussi bizarres que la fameuse "croix d'Einstein".
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Mais les merveilles du monde d'Einstein ne se limitent pas non plus à cela. La théorie de la relativité explique comment entrer dans d'autres dimensions!
Pour ce faire, il faut plonger dans les trous sans fond de l'espace à proximité des fameux trous noirs. Et, bien que les scientifiques se disputent encore sur ce qu'il y a à l'intérieur de ces "effondrements gravitationnels", où la matière semble tomber "à l'intérieur d'elle-même", Einstein lui-même, avec son collègue Nathan Rosen, a prédit avec confiance que c'était là que le véritable chemin vers d'autres dimensions était caché … Ils ont réussi à construire une sorte de transitions mathématiques entre les points de "ponction" de l'espace-temps. Les "ponts Einstein-Rosen" peuvent relier des parties très éloignées de l'univers visible de la métagalaxie, bien que de nombreux détails ne soient pas clairs ici.
Aujourd'hui, les physiciens ne sont plus surpris par les nouveaux modèles de «trous de ver» et de «trous de ver» conduisant, selon la théorie de la gravité d'Einstein, vers l'inconnu depuis le cœur des trous noirs. D'autre part, la théorie de la relativité elle-même est en constante évolution. Peut-être que bientôt les théoriciens pourront combiner électromagnétisme et gravité, réalisant ainsi le rêve principal du grand scientifique. Sur cette voie, de nombreux espoirs sont associés au développement ultérieur de la théorie d'Einstein de la supergravité, qui unit les incomparables micro et macrocosme.
En gros, l'essence de la supergravité est la présence de dimensions supplémentaires dans un espace-temps à 11 dimensions. Ici, une portée illimitée s'ouvre aux fantasmes physiques et mathématiques. Après tout, comme déjà mentionné, il est théoriquement possible de trouver à la fois des mondes-particules et des univers entiers, «emballés» dans d'autres dimensions.
L'auteur représente pleinement l'indignation de nombre de ses collègues qui ont lu les dernières lignes. À notre plus grand regret, il n'est en aucun cas possible de parler plus ou moins strictement des nouvelles théories de l'espace-temps dans un article. Après tout, l'appareil mathématique de la théorie des groupes est extrêmement difficile à vulgariser.
Cependant, il n'y a pas lieu de perdre espoir: la théorie de la relativité était aussi autrefois considérée comme la construction mathématique la plus difficile, mais elle est aujourd'hui étudiée avec succès à l'école.
Le mystère des dimensions cachées
Construisant des théories modernes sur d'autres espaces et dimensions, les physiciens-théoriciens ont déjà rencontré un résultat très étrange, publié au début des années 1920. du siècle dernier, professeur de Koenigsberg à l'Université de Theodor Kaluza.
Ce physicien germano-polonais a dès le début apprécié le potentiel profond inhérent à la théorie de la relativité et, sur cette base, il a créé un certain nombre de constructions géométriques originales pour divers zéros physiques. Dans l'étape suivante, il a hardiment décidé de combiner la géométrie de la gravité et l'électromagnétisme. En fin de compte, Kaluza a pu obtenir de manière inattendue un espace-temps à cinq dimensions inhabituellement incurvé, comprenant à la fois la gravitation et le champ électromagnétique de Maxwell.
Pendant longtemps, les contemporains ont considéré les constructions de Kaluza comme un simple puzzle mathématique qui n'avait aucun analogue dans le monde physique. En 1926, le physicien et mathématicien suédois Oskar Klein a repris le développement de la théorie de Kaluza, après quoi elle est devenue connue sous le nom de théorie de Kaluza-Klein.
Ce travail à moitié oublié a à un moment très intéressé Einstein, le poussant à la cause de toute sa vie ultérieure - la recherche de la théorie du champ unifié. A son profond regret, il n'a pas pu avancer sur cette voie, car il ne pouvait pas intégrer l'existence de particules élémentaires dans ses constructions. Un demi-siècle s'est écoulé avant que les idées de Kaluza intéressent les créateurs modernes de la théorie du tout (comme les physiciens appellent une théorie unifiée de toutes les particules et forces connues). C'est là qu'est née l'idée d'un véritable espace multidimensionnel, dans lequel la géométrie relie tous les champs physiques existants.
Naturellement, une question évidente se pose immédiatement: comment des dimensions spatiales supplémentaires se manifestent-elles dans le monde environnant? La réponse est un terme: la compactification. Cela signifie que chaque dimension «supplémentaire» au-delà des trois dimensions connues est recroquevillée comme un ressort sur des échelles supermicroscopiques. Ici surgit un «paysage» frappant de la théorie des jets, où les plus petits objets matériels ne ressemblent pas à des points habituels, mais à des structures étendues. Vibrant comme des cordes ordinaires, ils génèrent le spectre de toutes les particules élémentaires connues.
C'est ainsi que les dimensions multidimensionnelles les plus «ordinaires» pénètrent dans notre monde, tant aimées non seulement des physiciens théoriciens, mais aussi des écrivains de science-fiction. Pouvez-vous les voir d'une manière ou d'une autre? Ou du moins ressentir indirectement la présence de ces profondeurs du microcosme?
Les calculs montrent que cela nécessite des énergies totalement inimaginables, et un accélérateur de particules pour étudier ce problème occupera tout le système solaire. Cependant, les scientifiques ne sont pas découragés et recherchent de nouvelles façons d'accéder à l'espace multidimensionnel. Il peut s'agir de phénomènes spatiaux encore inconnus et de nouveaux effets sur la prochaine génération du LHC …
Branches métaverses
Les constructions théoriques de mondes multidimensionnels sont devenues courantes dans le cercle des mathématiciens dans les années 1920. du siècle dernier, mais les physiciens dès le début les ont traités avec beaucoup de préjugés. Après tout, il suffit d'ajouter une dimension supplémentaire, et les planètes commenceront à se détacher de leurs orbites, et la matière deviendra instable, s'effondrant en atomes séparés. Tout cela est remarquablement décrit dans le livre de l'éminent historien scientifique et vulgarisateur G. E. Gorelik, qui s'appelle "Pourquoi l'espace est-il tridimensionnel?" De nombreuses illustrations brillantes et populaires du monde aux dimensions multiples peuvent être trouvées dans les travaux du mathématicien M. Gardner. Ces livres analysent non seulement profondément scientifiquement la dimension de notre monde, mais envisagent également des options alternatives dans lesquelles il n'y aurait pas de place pour une seule personne, et pour la vie protéique en général.
Cependant, il y a beaucoup plus souvent des œuvres dans lesquelles les mondes multidimensionnels ne diffèrent pratiquement pas de notre Univers à quatre dimensions, mais contiennent un plus grand nombre de coordonnées. À cet égard, le physicien américain exceptionnel, le lauréat du prix Nobel Steven Weinberg, a un jour fait remarquer que cela ressemble à la position des ufologues, qui sont extrêmement sûrs qu'au contact des extraterrestres, nous rencontrerons sûrement, sinon des hommes verts de plaques volantes, alors certainement avec quelque chose. quelque chose de similaire aux coléoptères ou aux poulpes.
Un autre problème de longue date qui a été considéré depuis l'Antiquité est également lié à la dimensionnalité de notre Univers: quelles sont les particules minimales qui composent l'espace et le temps? Les plus petites cellules de l'espace-temps peuvent être trouvées dans les théories de la supergravité quantique et les modèles de supercordes. Tous sont situés dans l'espace d'une autre dimension, qui rappelle un peu un morceau de tissu tissé à partir de fibres de cordes. Dans le même temps, les théoriciens stipulent prudemment à l'avance que ces objets extrêmement petits sont fondamentalement inobservables et ne peuvent se manifester d'une manière ou d'une autre qu'à des énergies ultra-élevées.
Le principal théoricien des supercordes Juan Maldaseia a récemment fait remarquer de manière aphoristique que les physiciens modernes vivent dans l'attente d'un miracle, lorsqu'une expérience inattendue ou même une observation cosmique confirme que le squelette de l'Univers contient des os supplémentaires de dimensions invisibles.
Dans ce cas, il faut seulement être patient …
Mystères de l'espace-temps
Il faut noter que les journalistes et écrivains ont remarqué depuis longtemps la confusion qui règne dans les théories des physiciens. Ainsi, l'opinion largement répandue dans l'environnement pseudo-scientifique littéraire est que tous les miracles et transformations imaginables sont l'œuvre d'étrangers d'autres dimensions. Les magiciens et les médiums modernes vont encore plus loin. Ceux qui croient sérieusement que leurs tours paranormaux s'expliquent par l'espace d'une autre réalité. Il est tout à fait naturel que le concept théorique le plus «à la mode» de l'Univers multiple - Multivers soit étroitement lié aux versions multidimensionnelles de la généralisation des supercordes similaires. "M-théorie".
La théorie M contient de nombreuses options pour d'autres dimensions. Il est basé sur des dimensions «tordues», qui sont des «restes extradimensionnels» de la naissance de notre Univers dans le monstrueux cataclysme du Grand Bouil. Dans de telles spéculations scientifiques (ainsi théoriser sans une base expérimentale suffisante est tout à fait correctement appelée), avant même le «début de tout» dans le protospace d'autres dimensions, certains processus ont eu lieu qui ont conduit au début de l'histoire de notre Univers.
Cependant, il faut admettre ici que ni les physiciens élémentaires, fendant des particules au fond même de la matière, ni les astrophysiciens ayant atteint les limites extrêmes de la métagalaxie, n'ont jamais enregistré de miracles indiquant la présence d'un sous-espace «autre dimensionnel» dans notre réalité …
Cependant, l'absence même de dimensions supplémentaires est également très importante. Après tout, cela nous permet de comprendre pourquoi notre Monde se développe de cette manière, ce qui, à son tour, peut donner la clé de nouvelles lois fondamentales de l'évolution de l'Univers.