Jednou z hlavných úloh teoretickej fyziky súčasnosti je nájsť odpoveď na otázku, či existujú vyššie dimenzie. Naozaj sa priestor skladá len z dĺžky, šírky a výšky, alebo je to len obmedzenie ľudského vnímania? Po tisícročia vedci dôrazne odmietali myšlienku existencie viacrozmerného priestoru. Vedecká a technologická revolúcia však veľa zmenila a dnes už veda nie je taká kategorická v otázke vyšších dimenzií.
Aká je podstata konceptu „viacrozmerného priestoru“?
Človek žije vo svete, ktorý pozostáva z troch dimenzií. Súradnice akéhokoľvek objektu môžu byť vyjadrené v troch hodnotách. A niekedy aj dve – keď príde na to, čo je na povrchu Zeme.
Dĺžku, šírku a výšku možno použiť na opis pozemských objektov aj nebeských telies – planét, hviezd a galaxií. Stačia aj na veci obývajúce mikrokozmos - molekuly, atómy a elementárnečastice. Štvrtá dimenzia sa považuje za čas.
V multidimenzionálnom priestore musí byť aspoň päť dimenzií. Moderná teoretická fyzika vyvinula mnoho teórií pre priestory s rôznymi rozmermi – až 26. Existuje aj teória, ktorá popisuje priestor s nekonečným počtom rozmerov.
Od Euklida po Einsteina
Fyzici a matematici staroveku, stredoveku a novoveku kategoricky popierali možnosť existencie vyšších dimenzií. Niektorí matematici dokonca odvodili opodstatnenie obmedzenia priestoru tromi parametrami. Euklidovská geometria predpokladala iba tri rozmery.
Pred príchodom všeobecnej teórie relativity vedci vo všeobecnosti považovali multidimenzionálny priestor za tému nehodnú skúmania a rozširovania teórií. Keď Albert Einstein sformuloval koncepty časopriestoru a spojil tri dimenzie so štvrtou, časovou, istota v tejto veci okamžite zmizla.
Teória relativity dokazuje, že čas a priestor nie sú oddelené a nezávislé veci. Napríklad, ak astronauti nastúpia na loď, ktorá sa dlhodobo pohybuje vysokou rýchlosťou, po návrate na Zem budú mladší ako ich rovesníci. Dôvodom je, že im uplynie menej času ako ľuďom na Zemi.
Kaluza-Kleinova teória
V roku 1921 vytvoril nemecký matematik Theodor Kaluza pomocou rovníc teórie relativity teóriu, ktoráktorý po prvý raz spojil gravitáciu a elektromagnetizmus. Podľa tejto teórie má priestor päť dimenzií (vrátane času).
V roku 1926 švédsky fyzik Oscar Klein odvodil opodstatnenie neviditeľnosti piatej dimenzie, ktorú opísal Kaluza. Spočíval v tom, že vyššie rozmery sú stlačené na neuveriteľne malú hodnotu, ktorá sa nazýva Planckova hodnota a je 10-35. Následne to vytvorilo základ pre ďalšie teórie viacrozmerného priestoru.
Teória strún
Táto oblasť teoretickej fyziky je zďaleka najsľubnejšia. Teória strún tvrdí, že je to, čo fyzici hľadali od nástupu všeobecnej teórie relativity. Toto je takzvaná teória všetkého.
Faktom je, že dva základné fyzikálne princípy – teória relativity a kvantová mechanika – sú vo vzájomnom neriešiteľnom rozpore. Teória všetkého je hypotetický koncept, ktorý by mohol vysvetliť tento paradox. Na druhej strane teória strún je pre túto úlohu vhodnejšia.
Podstatou toho je, že na subatomárnej úrovni štruktúry sveta vibrujú častice, podobne ako vibrácie bežných strún, napríklad huslí. Odtiaľ teória dostala svoje meno. Navyše, rozmery týchto strún sú extrémne malé a kolíšu okolo Planckovej dĺžky – tej istej, ktorá sa objavuje v Kaluza-Kleinovej teórii. Ak sa atóm zväčší na veľkosť galaxie, potom struna dosiahne iba veľkosť dospelého stromu. Teória strún funguje iba vo viacrozmernom priestore. A je ich viaceroverzií. Niektoré vyžadujú 10-rozmerný priestor, zatiaľ čo iné vyžadujú 26-rozmerný priestor.
V čase svojho vzniku vnímali teóriu strún fyzici veľmi skepticky. Dnes je však najobľúbenejší a na jeho vývoji sa podieľa veľa teoretických fyzikov. Zatiaľ však nie je možné experimentálne dokázať ustanovenia teórie.
Hilbertov priestor
Ďalšia teória popisujúca vyššie dimenzie je Hilbertov priestor. Opísal ju nemecký matematik David Hilbert pri práci na teórii integrálnych rovníc.
Hilbertov priestor je matematická teória, ktorá popisuje vlastnosti euklidovského priestoru v nekonečnej dimenzii. To znamená, že je to viacrozmerný priestor s nekonečným počtom dimenzií.
Hyperpriestor v sci-fi
Myšlienka viacrozmerného priestoru vyústila do mnohých sci-fi zápletiek – literárnych aj filmových.
V tetralógii Dana Simmonsa „Songs of Hyperion“teda ľudstvo používa sieť hyperpriestorových nulových portálov schopných okamžite prenášať objekty na veľkú vzdialenosť. Vo Starship Troopers od Roberta Heinleina využívajú vojaci na cestovanie aj hyperpriestor.
Myšlienka letu v hyperpriestore bola použitá v mnohých filmoch o vesmírnej opere, vrátane slávnej ságy Star Wars a televízneho seriálu Babylon 5.
Dej filmu „Interstellar“je takmer úplne spojený s touto myšlienkouvyššie rozmery. Pri hľadaní vhodnej planéty na kolonizáciu hrdinovia cestujú vesmírom cez červie diery – hyperpriestorový tunel vedúci do iného systému. A ku koncu sa hlavný hrdina dostáva do sveta viacrozmerného priestoru, pomocou ktorého sa mu darí prenášať informácie do minulosti. Film tiež jasne ukazuje spojenie medzi priestorom a časom, ktoré odvodil Einstein: pre astronautov plynie čas pomalšie ako pre postavy na Zemi.
Vo filme „Kocka 2: Hyperkocka“sa postavy ocitnú vo vnútri tesseractu. Takže v teórii vyšších dimenzií sa nazýva viacrozmerná kocka. Pri hľadaní cesty von sa ocitnú v paralelných vesmíroch, kde sa stretávajú so svojimi alternatívnymi verziami.
Myšlienka viacrozmerného priestoru je stále fantastická a neoverená. Dnes je však oveľa bližšie a skutočnejšie ako pred niekoľkými desaťročiami. Je dosť možné, že v budúcom storočí vedci objavia spôsob, ako sa pohybovať vo vyšších dimenziách, a teda cestovať v paralelných svetoch. Dovtedy budú ľudia o tejto téme veľa fantazírovať a vymýšľať úžasné príbehy.
