هناك سمة من سمات عالمنا المادي واضحا جدا أن معظم الناس لم يشك في حقيقة أن الفضاء ثلاثي الأبعاد.

- هاينز باجيلس

نحن نعيش في هذا العالم، وكم الأبعاد؟ ذلك يعتمد على من تسأل نعم.

[المهندسين وعلماء الرياضيات والفيزياء]

إذا كنت تسأل مهندس وسوف يأتي مع مفهرس ومسطرة لقياس، وسيأتي قريبا إلى العالم ثلاثي الأبعاد : طول والعرض والارتفاع. في الواقع، كان هذا كافيا لوصف الأشياء ثلاثية الأبعاد من كل كوننا المرئي.

البعد 1-3 أبعاد. (المصدر: PBSinfinite)

إذا كنت تسأل علماء الرياضيات إنها ثم أخرج دفتر ملاحظاته وبدأت في رسم سلسلة من الورقية التقليدية، والهندسة متناظرة. من الجوانب الأربعة للمربع، المكعب ستة وجوه مربعة، ثم ثمانية خلايا المكعب الزائدي مكعب. وجد أنه يمكن أن يكون حتى تشغيله، وبالتالي فإن الجواب هو يعطي هو: " غير محدود ".

من وجهة نظر الأبعاد، عندما تمر الكرة من خلال طائرة ثلاثية الأبعاد، ثم أكبر سوف نرى قرص صغير. (المصدر: PBSinfinite)

وأخيرا، فإن السؤال نفسه الذي سأل فيزيائي . وقالت إنها تتطلع إلى النجوم، وتسجيل دقيق لسلوك النجوم. وقالت إنها تعتقد أن دور الجاذبية بين النجوم سوف ينجذب إلى بعضها البعض، فإن حجم قوة الجاذبية تزيد مع مربع المسافة بينهما يقلل. اعتقدت أنه كان علامة على الفضاء ثلاثي الأبعاد. ومع ذلك، عندما اشتقاق معادلة كيف التكاثر الضوء في الفضاء المنبعثة من الشمس، وقالت انها وجدت الأنسب للتعبير عن الأبعاد الأربعة. ثم، بعد دراسة متأنية، حاولت أن الجاذبية والضوء مع الإطار النظري لوصف، ولكنه يتطلب على الأقل عشرة أبعاد. وختمت: " 3D، 4D، ربما أكثر . "

إذا كان المجال رباعي الأبعاد عبر العالم ثلاثي الأبعاد، وسوف نرى كرة ثلاثي الأبعاد، من الصغيرة الى الكبيرة ومن ثم أصغر. (المصدر: PBSinfinite)

المقبل، ونحن نريد لاستكشاف كيف يأتي الفيزيائيون إلى هذه النتيجة.

[] عالم ثلاثي الأبعاد

لغة ثلاثي الأبعاد تبدو أفضل من (رباعي الأبعاد) هو أكثر ملاءمة لوصف عالمنا.

- هنري بوانكاريه

في عام 1917، الفيزيائي النمساوي بول إهرنفست (بول إهرنفست) كتب ورقة كاملة ملهمة [1]. في المقالة المذكورة كان الكثير من الأدلة لإثبات أن وصف ثلاثي الأبعاد من معظم أبعاد عالمنا الكمال.

على سبيل المثال، أشار إلى أن مدار مستقر في كواكب النظام الشمسي والذرات والإلكترونات لا تزال بحاجة إلى سلطة الدولة قانون التربيع العكسي . وكأن الجاذبية مكعب تناقص المسافة من الشمس، بدلا من الساحة، ثم الكوكب لن يتبع مدار مستقر، والقطع الناقص.

يمثل S ممثل مصادر الجاذبية ص المسافة من المصدر. (المصدر: ويكيبيديا)

ونحن نعتقد الآن حول ما هو معنى قانون التربيع العكسي. تخيل فقاعة، لمجرد أن تحيط مدار كوكب. منطقة فقاعة سطح (A) متناسبة مع المسافة شعاعي (ص) من مربع، أي، A = 4r. مع منطقة r سيتم توسيع، إلا أن شدة الحقل الشمس الجاذبية زيادة المساحة السطحية للفقاعات مع ضعف المقابل. لأن فقاعة، بما في ذلك باطنها، هو الفضاء ثلاثي الأبعاد يجب أن تكون هي نفسها ثلاثي الأبعاد. لفترة وجيزة، وساحة لخطورة مسافة ضعف (من إجمالي مساحة سطح فقاعات هو ثابت الجاذبية) من هذا الواقع يعني أن الفضاء ثلاثي الأبعاد.

[الزواج] المكان والزمان

كل فتى يعيش في بلدة الرياضيات غوتنغن، أينشتاين يعرف أفضل من هندسة رباعية الابعاد. لكن، مع ذلك، آينشتاين الانتهاء من العمل، بدلا من الرياضيات.

- ديفيد هيلبرت

ومع ذلك، فإن الكون ليس الفضاء فقط. في عام 1907، المعلم أينشتاين، عالم الرياضيات مينكوفسكي مع الأبعاد وراء شكل الرواية التقليدي، إعادة كتابة نظرية النسبية الخاصة. وجدت مساحة ووقت ينظر إليها على أنها مستقلة، نستطيع في الوقت الذي البعد الرابع وموحد في " الزمان والمكان "هذا يمكن التعبير أكثر وضوحا النسبية الخاصة. وبعد ذلك، آينشتاين في النسبية العامة، على استخدام نموذج أربعة الأبعاد الديناميكي لوصف الجاذبية.

[أدخل] خمسة الأبعاد الزمكان

"خمسة الأبعاد الاستخدام المتواصل ليحل محل أربعة الأبعاد، ثم، لشرح واحدة الأبعاد لا تظهر حقيقة أنه بينما كرة لولبية مصطنع، وهذا أمر طبيعي للغاية."

- كتب البرت اينشتاين رسالة إلى Ehrenfest

على الرغم من أن الفضاء ثلاثي الأبعاد واضحة جدا وبديهية، ولكن العلماء لا تتوقف أبدا للتفكير في أكثر الاحتمالات.

في عام 1921، وعالم الرياضيات الألماني ثيودور كالوزة يعتقدون قد يكون هناك أربعة أبعاد الفضاء، ما مجموعه خمسة الأبعاد الزمكان. السبب في انه توصل إلى هذا الاستنتاج لأنه عندما اكتشف حقيقة مذهلة في دراسة الرياضيات نظرية النسبية العامة لأينشتاين.

ويستند النسبية العامة على وصف بعد رابع، ولكن سيتم Kaluza إعادة وصفها من قبل المعادلات خمسة الأبعاد. وعندما فعل نتائج لافتة للنظر. من وجهة رباعية الابعاد العادية للنظر، Kaluza المعادلة تصبح معادلات آينشتاين، ولكن أكثر من عدد قليل من البنود الإضافية (الموصوفة في بعدا إضافيا).

وتستطيع هذه البنود الإضافية تصف بدقة الكهرومغناطيسية ماكسويل. بإضافة البعد المكاني، وKaluza حادث يكون قوتين الأساسية - الجاذبية والكهرومغناطيسية - الموحدة. للوهلة الأولى يبدو أن مجرد زغب على الرياضيات، Kaluza فقط أبعاد الزمان والمكان وسعت من أربعة إلى خمسة الأبعاد، ولكن الضوء والجاذبية - أنها على ما يبدو لا يشترك في شيء - الوحدة.

هذه النظرية الرائعة حتى أينشتاين القلب. ولكن هذه النظرية خمسة الأبعاد هو عيب واحد فقط: بعدا إضافيا أين؟ لا نستطيع أن نرى. الجواب من عالم الفيزياء السويدي أوسكار كلاين. كان يعتقد، ربما لأن البعد الرابع للفضاء صغير جدا.

ويفهم هذا جيدا، مجرد تصور القش. من مسافة بعيدة، والقش هو خط أحادي البعد، ولكن يكفي مجرد وثيقة لمراقبة سوف تجد أنه هو في الواقع الأنابيب. ويعتقد كلاين الأبعاد الإضافية التي Kaluza حليقة الى دائرة صغيرة غير مرئية، سنتيمتر طاقة على نطاق -3310. هذا المقياس هو صغير جدا، بحيث أن أي تجارب حاليا لا يمكن استكشاف مباشرة وجودها.

كل نقطة في بعدا إضافيا للمكان والزمان قد يعقص. (المصدر: WGBH / NOVA)

نظريتهم هي أيضا نتيجة للنصف قطر الدائرة يجب أن تكون ثابتة، يحدث أي تغيير في المكان والزمان. وهذا أيضا هو كعب أخيل نظرية كاملة. والسبب هو أن نصف قطر الأبعاد الإضافية من شأنه أن يقوض جوهر نظرية النسبية العامة لآينشتاين، ذلك الوقت، وهندسة الفضاء ديناميات.

في 1920s في وقت متأخر، وركز علماء الفيزياء على تطوير ميكانيكا الكم. بالإضافة إلى اينشتاين ومساعدا له، سوى عدد قليل جدا من العلماء الغيب الأبعاد الإضافية.

[سلسلة المنظرين لاول مرة]

هذا هو نظرية الأوتار في الفيزياء في القرن 21، ولكن سقطت بطريق الخطأ إلى القرن 20.

- إدوارد ويتن

حتى 1970s، بعض علماء الفيزياء لبدء التفكير حول ما إذا كنا نستطيع توحيد القوى الأساسية الأربعة المعروفة، بالإضافة إلى الجاذبية والكهرومغناطيسية، والقوة النووية القوية والقوة النووية الضعيفة. بدأت المنظرين سلسلة لاول مرة، وإحياء Kaluza ونظرية كلاين. الحاجة إلى استخدام نظرية الأوتار الرياضية تتطلب وجود ما لا يقل عن عشرة أبعاد. أنه، من أجل السماح للتشغيل المعادلات التي تصف نظرية الأوتار يمكن - معادلات النسبية العامة وميكانيكا الكم ربط، موضحا طبيعة الجسيمات، القوى الأساسية توحد وهلم جرا - يجب أن يخترع بعدا إضافيا. ويعتقد المنظرون سلسلة هذه الأبعاد الإضافية Kaluza وكلاين مجرد التفكير التي من شأنها أن حليقة الى دائرة صغيرة - وهذا هو لاستخدام مصطلح "compactification". ونتيجة لذلك، يكون الفيزيائيون للتفكير في البعد كيف التعاقد من خارج ستة أو أكثر.

ستة الأبعاد Calabi - مساحة ياو، الأبعاد الإضافية لنظرية الأوتار هو مطلوب. (المصدر: WGBH / NOVA)

وأخيرا، المنظرين سلسلة اكتشف أن اثنين من علماء الرياضيات إوجينيو كالابي وشينغ تونغ ياو وقد وصفت في هندسة ستة الأبعاد، نظرية الأوتار هي المعادلة المطلوبة. إذا كنا مساحة ياو - Calabi بدلا من الشباك في الدوائر الفضاء، وحصلنا على عشرة الأبعاد: حيز ثلاثي الأبعاد، بالإضافة إلى ستة الأبعاد Calabi - مساحة ياو، بالإضافة إلى البعد وقت واحد.

[نظرية] M-

ليس سلسلة من الديكتاتورية نريد، ولكن من كل فيلم عقيدة الرئيسي!

- بول تاونسند

قبل وضع نظرية الأوتار إلى منتصف 1990s، وجد علماء الفيزياء خمسة نظرية الأوتار مختلفة، ينفصلون عن بعضهم البعض وليس هناك علاقة. وفي وقت لاحق، وجدت ويتن ان هناك شبكة من ما يسمى ازدواجية، يمكنك وضع خمسة أنواع ونظرية الأوتار أحد عشر الأبعاد جاذبية فائقة (وهذا هو مزيج من نظرية متماثل وفائقة مجال النسبية العامة) معا. نظرية الأوتار المختلفة هي مجرد تعبيرات مختلفة لنفس النظرية الأساسية، وتسمى نظرية M-نظرية . بالإضافة إلى السلاسل، كما أنه يحتوي على طاقة عالية "فيلم" (الغشاء). تتوقع M نظرية أبعاد إضافية كبيرة "يمكن ملاحظة." إمكانية وسيلة "كبيرة"

M النظرية: إن خمسة أنواع من نظرية الأوتار وصلة جاذبية فائقة معا. (المصدر: ويكيبيديا)

قريبا، وجدت المنظرين أبعاد إضافية كبيرة قد تكون قادرة على حل المشكلة، مشكلة اسمها الصف، وهذا هو السبب في أن القوى الأساسية الأخرى الجاذبية أضعف بكثير بالمقارنة مع؟ مثال بديهية من المغناطيس والسلوك مشبك الورق: مغناطيس يمكن محاربة الجاذبية لكوكب الأرض بأكمله، جذبت قصاصة الورق. وهذا هو الكثير من الجذب من الكهرومغناطيسية وضعيفة. أبعاد إضافية كبيرة نحن نبحث عن تقدم جديد في نظرية نهائية مثيرة. وهو ما يعني أننا نعيش في عالم السينما.

خطورة من انتشار الزمني ل"فيلم" في الأبعاد عالية "الجسم". (المصدر: learner.org)

"عالم السينما" كان أول من اقترح نعمة Arkani الحامد، سافاس ديموبولوس وغيا Dvali (المشار إليها باسم "ضيف")، وفيما بعد ليزا راندال، رامان ساندرم وأخرى لا تزال تتطور. في عالم السينما، واقع يتكون من اثنين من الأفلام، مفصولة بمسافة أعلى الأبعاد "الهيئة" (بالجملة). حيث سيتم كثف غالبية الجزيئات على الغشاء. لذلك، هذا الفيلم هو العالم المادي مألوفة. وبما أن الجاذبية الطفل (جسيمات خطورة انتشار) يمكن أن تنبعث إلى مساحة إضافية. لأن الوقت القليل الجاذبية ونحن على دراية دور السينما، وبالتالي خطورة من غيرها كثير ضعيفة الأساسية.

فكرة جيدة جدا، ولكن نحن قلقون أكثر حول ويمكن التحقق من أبعاد إضافية؟

[التأكيد] بعدا إضافيا

بعد عام 2012، ومصادم هادرون الكبير (LHC) اكتشاف بوزون هيغز، فمن الآن واحدة من المهام الرئيسية هي إمكانية الأبعاد الإضافية التحقق غير مرئية. نريد للتحقق من مدى الأبعاد الإضافية؟ اقترحت المنظرين ثلاثة احتمالات:

نريد أن نجد تلك (إذا كان صحيحا) الجسيمات موجود فقط في الأبعاد الإضافية. نظرية يتوقع أن النموذج القياسي من الجسيمات لكل من الإصدارات الخاصة بهم أثقل المتاحة على أبعاد أخرى. هذه الجسيمات، سميت النسخة الثقيلة الدولة Kaluza-كلاين قالوا طبيعة النموذج القياسي من الجسيمات، باستثناء أثقل، يمكن أن ينظر إليه في كشف لنا. على سبيل المثال، إذا كان LHC للعثور على W بوسون، ولكن نوعية هو أكبر 100 مرة، ويمكن أن يثبت وجود أبعاد إضافية.

إذا كان الوجود graviton، قد يكون هناك إنشاؤها في LHC، لكنها لن تختفي قريبا للذهاب بعدا إضافيا. في دواسة البنزين، فإن اصطدام الجسيمات تنتج العديد من اتجاهات مختلفة وانتشارها. الجاذبية قد تمر عبر كاشف الفرعية، لم يتم الكشف عن ذلك، وهذا سيؤدي إلى خلل في الزخم والطاقة لهذا الحدث. نحن بحاجة إلى دراسة جدية الكائن المفقود، سواء كان ذلك للهروب من الأبعاد الإضافية graviton أو في أي مكان آخر. يستخدم إيجاد الطاقة المفقودة أيضا للعثور على جسيمات المادة المظلمة والتناظر الفائق.

ودليل آخر من أبعاد إضافية تظهر في LHC الثقوب السوداء مصغرة . نحن سيتم الكشف عن ما يعتمد تماما على عدد من الأبعاد الإضافية، والثقوب السوداء، والأبعاد الحجم، وسوف تنتج الطاقة الثقوب السوداء. إذا اصطدام سوف تنتج الثقوب السوداء، وسوف في وقت قصير جدا، في غضون نحو 10 ^ -27 ثانية تسوس LHC. تبلى في الجسيمات النموذج القياسي أو الجزيئات فائق، وبالتالي إنتاج كميات إضافية من الجسيمات، ويمكن بسهولة أن ينظر إلى كاشف.

حاليا، أحدث نتائج LHC لم نر أي المظهر الخارجي الجديد، ولكنها ستواصل لاستكشاف.

ليس هناك شك أعجوبة في LHC سوف هندسة الآليات؛ خوارزمية للرياضيات التي تجمعها بيانات ضخمة وراء رهبة، والفيزياء نتطلع بشغف لرؤية الأبعاد الإضافية الإيجابية الأولى خارج المكان والزمان الأدلة.

المراجع:

[1]