En af den teoretiske fysiks hovedopgaver i dag er at finde et svar på spørgsmålet om, hvorvidt der er højere dimensioner. Består rummet virkelig kun af længde, bredde og højde, eller er det blot en begrænsning af menneskets opfattelse? I årtusinder afviste videnskabsmænd kraftigt ideen om eksistensen af et multidimensionelt rum. Den videnskabelige og teknologiske revolution har dog ændret sig meget, og i dag er videnskaben ikke længere så kategorisk i spørgsmålet om højere dimensioner.
Hvad er essensen af begrebet "multidimensionelt rum"?
Mennesket lever i en verden, der består af tre dimensioner. Koordinaterne for ethvert objekt kan udtrykkes i tre værdier. Og nogle gange to - når det kommer til, hvad der er på jordens overflade.
Længde, bredde og højde kan bruges til at beskrive både jordiske objekter og himmellegemer - planeter, stjerner og galakser. De er også nok til ting, der bor i mikrokosmos - molekyler, atomer og elementærepartikler. Den fjerde dimension anses for at være tid.
Der skal være mindst fem dimensioner i et flerdimensionelt rum. Moderne teoretisk fysik har udviklet mange teorier for rum med forskellige dimensioner - op til 26. Der er også en teori, der beskriver et rum med et uendeligt antal dimensioner.
Fra Euklid til Einstein
Fysikere og matematikere fra antikken, middelalderen og moderne tid benægtede kategorisk muligheden for eksistensen af højere dimensioner. Nogle matematikere udledte endda begrundelser for begrænsningen af rummet med tre parametre. Euklidisk geometri antog kun tre dimensioner.
Før fremkomsten af den generelle relativitetsteori anså videnskabsmænd generelt multidimensionelt rum for at være et emne, der var uværdigt at studere og fremme teorier. Da Albert Einstein formulerede begreberne rum-tid og kombinerede tre dimensioner med den fjerde, tiden, forsvandt sikkerheden i denne sag straks.
Teorien om relativitet beviser, at tid og rum ikke er separate og uafhængige ting. For eksempel, hvis astronauter går om bord på et skib, der bevæger sig med høj hastighed i lang tid, vil de, når de vender tilbage til Jorden, være yngre end deres jævnaldrende. Årsagen er, at der vil gå mindre tid for dem end for mennesker på Jorden.
Kaluza-Klein-teori
I 1921 skabte den tyske matematiker Theodor Kaluza ved hjælp af relativitetsteoriens ligninger en teori, dersom for første gang kombinerede tyngdekraft og elektromagnetisme. Ifølge denne teori har rummet fem dimensioner (inklusive tid).
I 1926 udledte den svenske fysiker Oscar Klein begrundelsen for usynligheden af den femte dimension, beskrevet af Kaluza. Den bestod i, at de højere dimensioner er komprimeret til en utrolig lille værdi, som kaldes Planck-værdien og er 10-35. Efterfølgende dannede dette grundlag for andre teorier om flerdimensionelt rum.
strengteori
Dette område af teoretisk fysik er langt det mest lovende. Strengteori hævder at være det, fysikere har ledt efter siden fremkomsten af den generelle relativitetsteori. Dette er den såkaldte teori om alting.
Faktum er, at to grundlæggende fysiske principper - relativitetsteorien og kvantemekanikken - er i uløselig modsætning til hinanden. Teorien om alting er et hypotetisk begreb, der kunne forklare dette paradoks. Til gengæld er strengteori mere egnet til denne rolle.
Essensen af det er, at partikler på det subatomare niveau af verdens struktur vibrerer, svarende til vibrationen af almindelige strenge, for eksempel en violin. Det er her teorien har fået sit navn fra. Desuden er dimensionerne af disse strenge ekstremt små og svinger omkring Planck-længden - den samme, som optræder i Kaluza-Klein-teorien. Hvis et atom er forstørret til størrelsen af en galakse, vil strengen kun nå størrelsen af et voksent træ. Strengteori virker kun i multidimensionelt rum. Og der er flereversioner. Nogle kræver 10-dimensionelt rum, mens andre kræver 26-dimensionelt rum.
På tidspunktet for dens begyndelse blev strengteori opfattet af fysikere med stor skepsis. Men i dag er det den mest populære, og mange teoretiske fysikere er engageret i dens udvikling. Det er dog endnu ikke muligt at bevise teoriens bestemmelser eksperimentelt.
Hilbert space
En anden teori, der beskriver højere dimensioner, er Hilbert-rummet. Det blev beskrevet af den tyske matematiker David Hilbert, mens han arbejdede på teorien om integralligninger.
Hilbertrum er en matematisk teori, der beskriver egenskaberne ved det euklidiske rum i uendelig dimension. Det vil sige, at det er et flerdimensionelt rum med et uendeligt antal dimensioner.
Hyperspace i science fiction
Ideen om multidimensionelt rum har resulteret i mange science fiction-plot - både litterære og filmiske.
I Dan Simmons' "Songs of Hyperion"-tetralogi bruger menneskeheden således et netværk af hyperspatiale nul-portaler, der er i stand til øjeblikkeligt at overføre objekter over en lang afstand. I Robert Heinleins Starship Troopers bruger soldater også hyperspace til at rejse.
Ideen om hyperspace-flyvning er blevet brugt i mange rumoperafilm, herunder den berømte Star Wars-saga og tv-serien Babylon 5.
Plottet i filmen "Interstellar" er næsten udelukkende bundet til ideenhøjere dimensioner. På jagt efter en passende planet til kolonisering rejser heltene gennem rummet gennem ormehuller - en hyperrumtunnel, der fører til et andet system. Og mod slutningen træder hovedpersonen ind i det multidimensionelle rums verden, ved hjælp af hvilket han formår at overføre information til fortiden. Filmen viser også tydeligt sammenhængen mellem rum og tid, udledt af Einstein: For astronauter går tiden langsommere end for karakterer på Jorden.
I filmen "Cube 2: Hypercube" befinder karaktererne sig inde i en tesserakt. Så i teorien om højere dimensioner kaldes en multidimensionel terning. På jagt efter en udvej befinder de sig i parallelle universer, hvor de møder deres alternative versioner.
Ideen om et multidimensionelt rum er stadig fantastisk og uprøvet. Men i dag er det meget tættere og mere virkeligt end for et par årtier siden. Det er meget muligt, at videnskabsmænd i det næste århundrede vil opdage en måde at bevæge sig i højere dimensioner og derfor rejse i parallelle verdener. Indtil da vil folk fantasere meget om dette emne og opfinde fantastiske historier.
