Karel Wágner: Začneme brát 4. dimenzi vážně?

24.11.2017 20:41 | Zprávy

Řada vědců dnes soudí, že čtvrtá prostorová dimenze by mohla být buď velká, a proto i patrná, nebo naopak malá, svinutá, pro nás nepozorovatelná.

Karel Wágner: Začneme brát 4. dimenzi vážně?
Foto: pixabay.com
Popisek: Prostor - ilustrační foto

Čímž se ocitáme na prahu souvislostí se zapomenutým modelem čtyřrozměrného života profesorů Bo­růvky a Herčíka z minulého článku, které je třeba trochu roze­brat. Začneme třeba tím, že prostor a čas v před­relati­vistické fyzice vystupovaly jako nezávislé pojmy pro popis pohybu těles. Novější poznatky pak ukazovaly, že prostor a čas se ve skutečnosti prolí­nají. Čtyřrozměrný časo­prostor tak nabýval hluboký geo­metricko-fyzikální význam, kde geo­metrii zakřiveného prosto­ročasu nelze ni­jak připodobnit Euklei­dově geometrii. To, co předpokládal již německý matematik Theodor Ka­luza, pak v roce 1926 jasně vyslovil a upřesnil švédský mate­matik Oskar Klein: prostorová geo­met­rie našeho vesmíru může mít jak velké, tak i nepatrné, svi­nuté rozměry. Klein tehdy zkom­bino­val pů­vodní Kaluzovu představu o čtvrté dimenzi s několika myšlen­kami z právě se rodící kvantové me­chaniky. Jeho vý­počty pak naznačovaly, že dodatečná di­menze v kvantové mechanice by mohla mít veli­kost při­bližně Planckovy délky, což je daleko za rozlišovací schopností dnešních přístrojů či apa­ratur.

Ale jak to s tou Kaluzovou čtvrtou dimenzí vlastně bylo? Inu, německý matematik Theodor Kaluza roku 1919 zaslal Einsteinovi dopis, v němž mu popsal, jak by šlo sjednotit dvě tehdy známé zá­kladní interakce, totiž gravitaci a elektromagnetismus. Teorie gravitace a elektromagnetismu ve svých úvahách propojil v pětirozměrném časoprostoru tak, že ke třem nám známým prostorovým dimenzím a jedné časové přidal ještě další dimenzi prostorovou. Pokud si totiž chceme představit zakřivování čtyřrozměrného časoprostoru, přičemž obecná teorie relativity s takovým zakřivováním vlivem gravitace počítá, nezbývá než předpokládat, že existuje vícedimenziální prostor, v němž se náš čtyřrozměrný prostoročas nachází. Zde je ovšem třeba zdůraznit, že v této koncepci my žijeme uvnitř čtyřroz­měrného časoprostoru a představa dalšího rozměru nám pomáhá vypořá­dat se s jeho metrickými vlastnostmi.

Původní Kaluzova koncepce časoprostoru bohatšího o jednu prostorovou dimenzi se zdála být překonána a zapomen­uta. Jenže jak to tak vypadá, nová generace badatelů, která dnes hovoří o hyperpro­storu, ji nej­spíše hodlá rehabilitovat. Všechno to začalo u teorie strun, která říká, že počet rozměrů v našem světě není 3, nýbrž 10, pokud započteme i čas. Podle teoretických fyziků tak musí existo­vat ještě šest dodatečných rozměrů, zvaných Calabiho-Yauovy variety. Přechod od bezrozměr­ných částic k jednorozměrným strunám řeší neduhy, kterými trpěly snahy o sjednocení teorie mik­rosvěta, kvan­tové mechaniky a obecné teorie relativity. M-teorie, která všechny strunové modely sjednotila, k tomu obsahuje další, jedenáctou dimenzi, která je však ještě menší než šest dodateč­ných roz­měrů. Následně pak vyšlo najevo, že kromě jednorozměrných strun by mohly existovat i víceroz­měrné objekty: dvourozměrné membrány neboli dvojbrány, trojbrány a další va­rianty mem­brán, obecně označované za p-brány, kde „p“ značí počet rozměrů, který musí být menší než de­set. Dále se pak ukázalo, že brány nemusejí být až tak nepatrné: pokud jim nechybí do­statek energie, mohly by narůstat do obřích rozměrů. A právě s takovou možností počítají hypotézy bránových světů, podle nichž je náš vesmír trojbránou, vznášející se v kosmu s velkou dodatečnou dimenzí.

Lisa Randallová z Harvardovy univerzity a Raman Sundrum z Univerzity Johna Hopkinse se v roce 1999 zabývali možností, že vesmír je trojbránou plovoucí ve čtyřrozměrném kosmu, respektive v prostoru světů, přičemž představili model dvojího typu, totiž typu I a typu II. Zatímco v modelu typu I je dodatečná dimenze kompaktní (její velikost je omezena), v modelu typu II tuto charakteristiku postrádá, čímž Randallová se Sundrumem zbořili letitou představu, že dodatečné dimenze nutně musejí být kom­paktní. Charles R. Keaton z Rutgers University a Arlie O. Petters z Duke University pak ve své práci vycházeli z bránového gravitačního modelu typu II Randallové-Sundruma. Tedy z představy, že námi pozorovaný vesmír je bránový svět (braneworld), který má čtyři prostorové di­menze (plus čas), na rozdíl od třech prostorových rozměrů, které požaduje obecná teorie relativity. Následně pak došli k závěru, že pokud je náš vesmír trojbránou v prostoru světů s libovolně velkou dodateč­nou čtvrtou dimenzí, měl by náš vesmír být plný miniaturních černých děr, přičemž také přišli na způsob, jak bychom se o jejich existenci mohli přesvědčit. Teoretický fyzik Petters je uznávaným odbor­níkem pro svoji matematickou koncepci slabé gravitační čočky, a tak jeho současná práce, která představuje testovatelný model související se čtvrtou prostorovou dimenzí, budí značnou pozor­nost. Přičemž se Petterss neostýchal prohlásit, že jím navrhované řešení může potvrdit existenci čtvrté dimenze, která by znamenala „filozofický posun v našem chápání přírodního prostředí“.

Tento článek je uzamčen

Článek mohou odemknout uživatelé s odpovídajícím placeným předplatným, nebo přihlášení uživatelé za Prémiové body PL

Přidejte si PL do svých oblíbených zdrojů na Google Zprávy. Děkujeme.

autor: PV

PhDr. Ivan Bartoš, Ph.D. byl položen dotaz

Chápu vás dobře, že byste podruhé vstoupili do stejné řeky a šly do vlády s ODS?

Po tom všem, co o ní tvrdíte, že jsou to kmotři? A proč se vlastně po volbách vůbec nerespektuje vůle občanů, proč podle vás nemá šanci být premiér ten, kdo volby vyhraje? Babiše volit nebudu, ale přijde mi, že jsou stejně volby zbytečné, že si to vy politici pak stejně zařídíte po svém

Odpověď na tento dotaz zajímá celkem čtenářů:

Tato diskuse je již dostupná pouze pro předplatitele.

Další články z rubriky

Jiří Weigl: Kde je zakopaný pes

17:30 Jiří Weigl: Kde je zakopaný pes

Jedním z brizantních témat letošních voleb je blížící se zavedení systému obchodování s emisními pov…