Спросите Итана №104: что, если бы у нас было четыре пространственных измерения?

https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-104-what-if-we-grew-a-fourth-spatial-dimension-d46d7e598798#.k9iippe3a
  • Перевод
Существует пятое измерение, за пределами известных человеку. Это измерение огромно, как космос, и безвременно, как бесконечность. Это нейтральная территория для света и тьмы, для науки и суеверий.
Род Серлинг

Мы вполне привыкли к трём пространственным измерениям нашей Вселенной, к длине, ширине и глубине. Мы можем представить, как выглядят вещи в меньших измерениях – на двумерной плоскости или на одномерной линии – но с высшими измерениями всё не так просто, поскольку мы не можем представить себе движение в направлении, не описываемом нашим привычным пространством. Во Вселенной есть и четвёртое измерение (время), и только три пространственных. Но среди вопросов на этой неделе я увидел выдающийся вопрос из серии «что, если» от писателя Келли Люк:

Что для людей означало бы, если бы количество измерений в нашем мире менялось бы как времена года? Например, половина года у нас три измерения, а половина – четыре.

Представьте, по возможности, что у вас есть способность двигаться в одном дополнительном направлении – не входящем в обычный набор вверх-вниз, север-юг и запад-восток. Представьте, что такая способность есть только у вас.



Для человека из нашего трёхмерного мира ваши способности будут выглядеть удивительно, и даже, в каком-то смысле, богоподобно. Ведь вы сможете:

• телепортироваться из одного места в другое, исчезая в одном месте и появляясь где-то ещё,
• переставлять или удалять внутренние органы человека, выполняя хирургические операции без разрезов,
• удалить кого угодно из его трёхмерной вселенной, и высадить чуть позже в любом другом месте по вашему выбору.

Как это возможно? Представьте, что вы, трёхмерное существо, взаимодействуете с двумерной вселенной, например, с набором цветоформ [игрушка на манер плоских кукол из бумаги, которых нужно одевать в нарисованную одежду – прим. перев.].



С точки зрения нас, обладающих дополнительным измерением, мы можем залезть внутрь двумерного существа и манипулировать их внутренностями без разрезов. Можем вывернуть их наизнанку или поменять лево и право. Можем поднять их с плоскости и перенести в любое место.

А если бы мы, трёхмерные существа, решили бы войти в двумерный мир, мы бы выглядели странно, поскольку они в любой момент могли бы видеть только наш двумерный срез:

• сначала мы бы появились в виде отпечатков ног,
• затем превратились бы в два кружочка, двигаясь вниз сквозь их вселенную,
• кружочки бы слились в эллипс,
• затем появились бы новые (пальцы),
• они бы выросли в два больших кружочка (руки, плечи),
• всё это объединилось бы в одну большую фигуру на уровне плеч,
• затем уменьшилось бы, снова выросло, и исчезло (шея, голова).



К счастью, в нашей Вселенной нет четырёхмерных существ, ведь они бы казались нам богоподобными существами, нарушающими физику. Но что, если бы не мы были существами из высших измерений, а во Вселенной было бы больше измерений? И это возможно – было показано, что в прошлом у Вселенной могло быть больше измерений.



В контексте общей теории относительности довольно просто создать пространство-время, в котором количество макроскопических измерений со временем меняется. У нас могло быть больше измерений не только в прошлом, но и в будущем, более того, можно сконструировать пространство-время, где это число колеблется, и становится то больше, то меньше.

Так что да, в нашей Вселенной действительно может начать появляться четвёртое измерение.


Тессеракт


Икоситетрахор

Всё это круто, но как бы это выглядело? Обычно мы не задумываемся над этим, но четыре фундаментальных взаимодействия – гравитация, электромагнетизм, и две ядерные силы – имеют именно такие свойства и величины потому, что существуют в том количестве измерений, которое есть во Вселенной. Если мы уменьшим или увеличим их количество, мы изменим, например, распространение силовых линий.

Изменение электромагнитных и ядерных сил привело бы к катастрофе.



Представьте, что вы смотрите на атом, или на его внутреннюю часть, ядро. Ядра и атомы – строительный материал всего вещества, из которого состоит наш мир, и их масштабы чрезвычайно малы. У атомов – ангстремы (10-10 м), у ядер – фемтометры (10-15 м). Если эти силы начнут утекать в ещё одно пространственное измерение, изменятся законы, управляющие ими.

Проще говоря, у этих сил появится больше пространства для распространения, а значит, они станут ослабевать с расстоянием быстрее. На ядра это повлияет не так сильно – их размеры станут чуть больше, и у некоторых ядер поменяется стабильность. Стабильные ядра могут стать радиоактивными, и наоборот. Это не так страшно. Но вот с электромагнетизмом проблем будет больше.


Таблица атомных орбиталей

Представьте, что внезапно силы, связывающие электроны с ядрами, ослабнут. Что изменится сила этого взаимодействия. На молекулярном уровне всё, что удерживает вас целом виде, это относительно слабые связи электронов и ядер. Если изменить это взаимодействие, изменится конфигурация всего. Ферменты денатурируют, белки изменят форму, управляемые лигандами нейроны перестанут подходить друг к другу, ДНК не будет кодировать молекулы, как положено.

То есть, если электромагнитное взаимодействие поменяется, проникая в четвёртое пространственное измерение, достигшее размеров ангстрема, люди немедленно умрут.



Но не всё потеряно. Существует множество моделей, в основном, вдохновлённых теорией струн, в которых эти взаимодействия, электромагнитное и ядерное, ограничены тремя измерениями. И тогда в четвёртое сможет проникнуть лишь гравитация. Для нас это означает, что гравитация будет утекать в увеличивающееся в размерах (и во влиянии) четвёртое измерение. И объекты станут притягиваться слабее, чем раньше.

В результате будет происходить множество странных вещей.



Начнут распадаться быстро вращающиеся астероиды, состоящие из неплотного вещества. Их притяжения будет недостаточно, чтобы удерживать камни и гравий на поверхности. Кометы при приближении к Солнцу будут испаряться быстрее и их хвосты станут более шикарными. А при достаточно сильном разрастании четвёртого измерение упадёт притяжение Земли, в результате чего планета раздуется, особенно вдоль экватора.



Люди, живущие ближе к полюсам, почувствуют уменьшение гравитации, а тем, кто живёт ближе к экватору, будет грозить опасность полёта в космос. На макроуровне знаменитый закон Ньютона, закон обратных квадратов, превратится в закон обратных кубов, и гравитация будет гораздо быстрее убывать с расстоянием.

При разрастании измерения до расстояния между Землёй и Солнцем всё в нашей Солнечной системе придёт в разнос. Если это будет продолжаться больше нескольких дней в году – даже если гравитация будет приходить в норму на остальные 50 недель – наша Солнечная система полностью разрушится всего за сто лет.



На Земле будут периоды, когда мы не только сможем ощущать дополнительное направление для движения, но и когда свойства гравитации сильно изменятся не в лучшую сторону. Мало того, что прыжки в длину и высоту уже никогда не будут прежними, последствия для нашей дорогой стабильной Вселенной будут апокалиптические.

Так что будь осторожна в своих желаниях, Келли, поскольку четвёртое измерение, вырастая до больших размеров, не только принесёт удивительные ощущения, но и высосет значительную часть Земли, включая атмосферу и экваториальные районы.

Но есть и плюс.



Глобальное потепление перестанет нас волновать, поскольку увеличение расстояния от Солнца сильно охладит наш мир, гораздо быстрее, чем увеличение количества CO2 в атмосфере будет его разогревать! У всех минусов есть свои плюсы, и хотя нам останется лишь несколько лет, чтобы наслаждаться новым измерением, этот опыт может стоить остатка нашей жизни.
Поделиться публикацией
Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

Зачем оно вам?
Реклама
Комментарии 22
  • 0
    Или я окончательно испорчен, или вторая картинка немного… ну вы поняли
    • +9

      E = mc³

      • +1
        Нужно сделать уточнение в статье, что 4-е измерение в данном случае не время.

        Однако, тессеракт требует времени, для того что-бы его продемонстрировать нам, 3-х мерным, которые воспринимают время не как измерение, а как длительность. Мы не можем двигаться во времени произвольно, мы можем только измерять длительность. Причём во времени мы движемся всегда в одном направлении, не имея возможности остановить это движение.

        Выглядит это так: кинофильм это 2D+t; мы с нашим восприятием мира 3D+t.

        Вопросы:
        Как выглядит тессеракт, для того у кого время не длительность, а измерение? Именно измерение, по которому он может двигаться? И вообще, может-ли хоть кто-то двигаться во времени и измерения нужно всегда представлять в виде nD+t?

        Если говорить о 4D, как о 3D+t, где t всё-таки измерение, то для существ имеющих возможность воспринимать время как измерение, мы должны быть аналогом 2D для нас. Такое существо должно двигаясь по оси t, иметь возможность наблюдать нас в любой момент времени.

        Если говорить о 4D, как 4D+t, где время всё ещё длительность, а не измерение, то как данное существо воспринимает тессеракт? Сразу и целиком, как мы воспринимаем куб? Для восприятия тессеракта ему не нужна длительность?

        На эту тему есть исключительно познавательная серия на ютубе. Вот к примеру про 4-е измерение: https://www.youtube.com/watch?v=MN4KC_zlW4g
        • +1
          Добавлю свою старую мысль: вообще говоря, любой фильтр с фотошопе с n ползунками представляет из себя пространство 2D + nD* (D* — просто измерения, определяемые ползунками). Это естественное обобщение пространства-времени.

          Например, банальный Hue/Saturation это 2D + 3D*, то есть, практически 5D — и вся эта картина отлично умещается в голове и легко моделируется в уме в любой момент. До тех пор, пока не воспринимать её геометрически.

          P.S. Вообще говоря, всегда представлял (4+*)-ые координатные линии — уходящими куда-то «в туман» (а сама перпендикулярность здесь становится более абстрактным понятием, и мы формально говорим, что линии перпендикулярны, хотя в нашей голове это и не так), и, соответственно, срез — это не просто срез, а мы видим лишь то, что не скрыто туманом. Зато мы можем двигаться в пространстве, вдоль любой. И нашему взору будут открываться следующие срезы.
        • +4
          К счастью, в нашей Вселенной нет четырёхмерных существ


          Немного слишком безапелляционно. Как впрочем и всё у Итана.
          • +3
            Ну, тут всё не так уж плохо. «Нет» у популяризаторов науки, ученых, да и почти любых людей, близких к научной методологии, можно интерпретировать как «нет до тех пор, пока не найдено доказательств обратного». Разумеется, это верно только в контексте неопознанного, так что «у меня нет денег» профессора означает ровно то же, что аналогичная фраза обычного человека :)
            • +2
              Для нормального учёного фраза должна быть: «нет доказательств существования». Понятия «невозможно» и «не существует» относятся к доказанным и доказуемым вещам, которые всегда можно подтвердить, ну или опровергнуть, в зависимости от того что именно требуется. То-есть главный принцип: проверяемость и доказуемость. В противном случае, это уже религия, а не наука.

              Например теория струн или уже М-теория, несмотря на такую гигантскую поддержку в научном сообществе, всё ещё не инструмент, в отличии от СТО и ОТО.

              Недаром, некоторые из отцов-основателей (не будем тыкать пальцем), сами разочаровываются в том, что делали на протяжении последних 20 лет.
              • +1
                Но в контексте «у меня нет денег» фраза «нет до тех пор, пока не найдено доказательств обратного» тоже имеет смысл и звучит в нашем обществе довольно часто, если не придираться к терминологии. («А если найду?»)
            • 0
              Предположу, что в четырехмерном пространстве будут наблюдаться другие явления, для которых будут найдены другие закономерности и сформулированы другие законы. Для четырехмерного пространства будет другая физика, только и всего.
              • 0
                Никто не спорит с тем, что там будет другая физика. Итон лишь говорит о том, что наше существование с ней не совместимо.
              • +2

                Не мне судить Итана, но эта его статья — какая то болтология. А если бы да ка бы звёзды стали квадратными, то у них бы поотрывало углы из за центробежной силы — бред же. Если бы у нас было 4 измерения, то был бы другой мир — всё бы устаканилось и как то по другому бы выглядело, только и всего. Интересно было бы узнать как бы выглядел мир в этом случае. А в случае внезапного возникновения 4-го измерения интересно было бы не внезапное его возникновение, а постепенное — сначала оно планковских размеров, но за миллиарды лет становится заметным. Вот какие изменения тогда будут?

                • 0
                  К сожалению не помню источник. Но вроде я читал где-то что в 4+t мире невозможно образование жизни. Некоторые вещи не смогут появится.

                  Если же помыслить самому, не факт что банально планеты появятся, как будет выглядеть планета которая тянется к звезде с силой F=const/r^3?
                • 0
                  А если они уже есть эти измерения? И все различия во взаимодействиях определяются этими измерениями? Слишком много если.
                  И еще, время это не измерение. Свойства материи не меняются при переносе в пространстве в отличии от времени.
                  • 0
                    Свойства материи не меняются при переносе в пространстве в отличии от времени.

                    Смотрите:
                    • Разные плоские (двумерные) срезы трёхмерного объекта (даже перпендикулярные одной и той же оси) могут выглядеть по-разному и проявлять разные своейства. Сразу контрпример — бесконечный цилиндр: в любой точке срез, перпендикулярный оси бесконечного циллиндра, будет родинаков. Но не контрпримеры, а примеры: конус, мясная сарделька, человек — плоские (двумерные) срезы этих объектов (перпендикулярные одной оси), будут выглядеть по-разному (могут иметь разный размер, немного разную форму, а в некоторых случаях и разную фактуру — например, не во все срезы сардельки попадёт пузырёк сала или хрящик и не во все горизонтальные срезы человека попадёт печень/сердце/мозг).
                    • Точно также 3-мерные срезы 4-мерного объекта (перпендикулярные оси 4-го измерения) в разных точках оси могут быть разными. Поэтому 4-е измерение вполне может быть временем. В момент времени t₁ 3-мерный срез 4-мерного объекта (например, человека) выглядит по-одному (например, маленький младенец), в момент времени t₂ 3-мерный срез того же 4-мерного объекта выглядит по-другому (большой абмал), в момент времени t₃ — по-третьему (сморщенный старик).
                    • 0
                      То есть, возможно, мир наш 4-мерный (x, y, z, время) — но сознание наше устроено так, что в него попадает не сразу весь 4-мерный мир, а только 3-мерный срез (перпендикулярный оси времени).
                  • 0
                    В четырёхмерном пространстве, если я правильно понимаю, орбиты — логарифмические кривые. Либо планета сначала коснётся стенки потенциальной ямы, а потом по логарифмической кривой устремится к Солнцу.
                    • 0
                      Немного не понимаю. Допустим у нас есть 4 измерения, но мы трехмерны и четвертую меру просто не в состоянии воспринять.
                      Пример с солнцем: почему господин Итан считает, что мы замерзнем в 4-мерном пространстве? может солнце и является 4-мерным и спокойно излучает энергию во всех 4 гипотетических мерах, но мы видим только то его распространение, которое доступно нам (3 меры)?
                      Так же с гравитацией и электромагнитными силами.
                      • 0
                        А можно предположить что видимая материя работает в других измерениях НЕ известными нам взаимодействиями? Т
                        То есть известные всем четыре силы — именно и только для нашего четырехмерного мира?
                        • 0
                          Как мне кажется есть лишь измерения 2D, 3D и так далее. При этом в каждом измерении есть свой набор физических величин — массы(3D), время(4D), энергия (везде). Но что интересно. Откуда берётся атомная энергия, в данном случае мне не интересны зависимости и формулы. Мне интересна природа энергии заключенной в микрочастицах. Или откуда и что есть время? Мое предположение, что это есть следствие проекции повышающего и понижающего измерения на наше трёхмерное измерение.
                          • 0
                            Про четвертое измерение (и не только) очень хорошо рассказано в книге Гиперпространство Митио Каку
                            • 0
                              Интересная статья. Но лично меня больше заботит наше восприятие одного или нескольких дополнительных измерений. Что если раз поняв и прочувствовав мы бы уже смогли этим манипулировать? Мозг (лучше сознание) будет знать «куда копать», да и сама материя \ пространство помноженное на полученные сознанием знания и эффект наблюдателя могут… прогнуться.
                              Не стоит прогибаться под изменчивый мир — Пусть лучше он прогнется под нас,
                              Однажды он прогнется под нас

                              — Машина времени
                              • 0
                                Для тех, кому интересна тема четырёхмерного мира, рекомендую наблюдать за разработкой игры miegakure – это игра, которая моделирует 3-мерный срез 4-мерного мира (точно так же, как, скажем Mario моделирует 2-мерный срез 3-мерного мира). На ютубе есть кадры из игры. По началу довольно неплохо взрывает мозг.

                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.