Teoreetilise füüsika üks peamisi ülesandeid tänapäeval on leida vastus küsimusele, kas on olemas kõrgemaid mõõtmeid. Kas ruum koosneb tõesti ainult pikkusest, laiusest ja kõrgusest või on see lihts alt inimese taju piirang? Aastatuhandeid on teadlased mitmemõõtmelise ruumi olemasolu idee tugev alt tagasi lükanud. Teaduslik ja tehnoloogiline revolutsioon on aga palju muutunud ja tänapäeval ei ole teadus kõrgemate mõõtmete küsimuses enam nii kategooriline.
Mis on "mitmemõõtmelise ruumi" kontseptsiooni olemus?
Inimene elab maailmas, mis koosneb kolmest dimensioonist. Iga objekti koordinaate saab väljendada kolme väärtusega. Ja mõnikord kaks – kui rääkida sellest, mis on Maa pinnal.
Pikkuse, laiuse ja kõrguse abil saab kirjeldada nii maapealseid objekte kui ka taevakehasid – planeete, tähti ja galaktikaid. Neist piisab ka mikrokosmoses elavate asjade jaoks – molekulid, aatomid ja elementaarosakesed. Neljandaks dimensiooniks loetakse aega.
Mitmemõõtmelises ruumis peab olema vähem alt viis mõõdet. Kaasaegne teoreetiline füüsika on välja töötanud palju teooriaid erinevate mõõtmetega ruumide jaoks – kuni 26. On olemas ka teooria, mis kirjeldab lõpmatu arvu mõõtmetega ruumi.
Eukleidest Einsteinini
Antiigi, keskaja ja uusaja füüsikud ja matemaatikud eitasid kategooriliselt kõrgemate mõõtmete olemasolu. Mõned matemaatikud tuletasid isegi põhjendused ruumi piiramiseks kolme parameetriga. Eukleidiline geomeetria eeldas ainult kolme mõõdet.
Enne üldrelatiivsusteooria tulekut pidasid teadlased üldiselt mitmemõõtmelist ruumi teemaks, mis ei vääri uurimist ja teooriate edendamist. Kui Albert Einstein sõnastas aegruumi mõisted, ühendades kolm mõõdet neljandaga, kadus aeg selles küsimuses koheselt.
Relatiivsusteooria tõestab, et aeg ja ruum ei ole eraldiseisvad ja sõltumatud asjad. Näiteks kui astronaudid astuvad pikka aega suurel kiirusel liikuvale laevale, siis Maale naastes on nad eakaaslastest nooremad. Põhjus on selles, et nende jaoks kulub vähem aega kui inimeste jaoks Maal.
Kaluza-Kleini teooria
Aastal 1921 lõi saksa matemaatik Theodor Kaluza relatiivsusteooria võrrandeid kasutades teooria, mismis ühendas esmakordselt gravitatsiooni ja elektromagnetismi. Selle teooria kohaselt on ruumil viis mõõdet (sealhulgas aeg).
Aastal 1926 järeldas Rootsi füüsik Oscar Klein Kaluza kirjeldatud viienda dimensiooni nähtamatuse õigustuse. See seisnes selles, et kõrgemad mõõtmed surutakse kokku uskumatult väikeseks väärtuseks, mida nimetatakse Plancki väärtuseks ja mis on 10-35. Hiljem pani see aluse teistele mitmemõõtmelise ruumi teooriatele.
Stringiteooria
See teoreetilise füüsika valdkond on kõige lootustandvam. Stringiteooria väidab end olevat see, mida füüsikud on otsinud alates üldrelatiivsusteooria tulekust. See on nn kõige teooria.
Tõsiasi on see, et kaks füüsikalist fundamentaalset printsiipi – relatiivsusteooria ja kvantmehaanika – on üksteisega lahendamatus vastuolus. Kõige teooria on hüpoteetiline kontseptsioon, mis võiks seda paradoksi seletada. Sellele rollile sobib omakorda paremini stringiteooria.
Selle olemus seisneb selles, et maailma ehituse subatomilisel tasemel vibreerivad osakesed, sarnaselt tavaliste keelpillide, näiteks viiuli vibratsiooniga. Siit sai teooria oma nime. Pealegi on nende stringide mõõtmed äärmiselt väikesed ja kõikuvad Plancki pikkuse ümber – sama, mis esineb Kaluza-Kleini teoorias. Kui aatomit suurendatakse galaktika suuruseks, saavutab nöör ainult täiskasvanud puu suuruse. Stringiteooria töötab ainult mitmemõõtmelises ruumis. Ja neid on mituversioonid. Mõned nõuavad 10-mõõtmelist ruumi, teised aga 26-mõõtmelist ruumi.
Selle loomise ajal suhtusid füüsikud stringiteooriasse väga skeptiliselt. Kuid täna on see kõige populaarsem ja selle väljatöötamisega tegelevad paljud teoreetilised füüsikud. Teooria sätteid pole aga veel võimalik eksperimentaalselt tõestada.
Hilberti tühik
Teine teooria, mis kirjeldab kõrgemaid mõõtmeid, on Hilberti ruum. Seda kirjeldas saksa matemaatik David Hilbert integraalvõrrandite teooria kallal töötades.
Hilberti ruum on matemaatiline teooria, mis kirjeldab eukleidilise ruumi omadusi lõpmatus mõõtmes. See tähendab, et see on mitmemõõtmeline ruum, millel on lõpmatu arv mõõtmeid.
Hüperruum ulmekirjanduses
Mitmemõõtmelise ruumi idee on toonud kaasa palju ulmelisi süžeesid – nii kirjanduslikke kui ka filmikunstilisi.
Seega kasutab inimkond Dan Simmonsi "Hyperioni laulude" tetraloogias hüperruumiliste nullportaalide võrgustikku, mis on võimeline objekte koheselt pika vahemaa tagant üle kandma. Robert Heinleini filmis Starship Troopers kasutavad sõdurid reisimiseks ka hüperruumi.
Hüperkosmoselennu ideed on kasutatud paljudes kosmoseooperifilmides, sealhulgas kuulsas Star Warsi saagas ja telesarjas Babylon 5.
Filmi "Interstellar" süžee on peaaegu täielikult seotud selle ideegakõrgemad mõõtmed. Koloniseerimiseks sobivat planeeti otsides rändavad kangelased läbi kosmose läbi ussiaukude – hüperkosmosetunneli, mis viib teise süsteemi. Ja lõpupoole satub peategelane mitmemõõtmelise ruumi maailma, mille abil õnnestub tal infot minevikku üle kanda. Film näitab selgelt ka Einsteini järeldatud seost ruumi ja aja vahel: astronautide jaoks möödub aeg aeglasem alt kui tegelaste jaoks Maal.
Filmis "Kuup 2: Hüperkuubik" leiavad tegelased end tesserakti seest. Nii et kõrgemate mõõtmete teoorias nimetatakse seda mitmemõõtmeliseks kuubiks. Väljapääsu otsides satuvad nad paralleeluniversumitesse, kus nad kohtuvad oma alternatiivsete versioonidega.
Mitmemõõtmelise ruumi idee on endiselt fantastiline ja tõestamata. Tänapäeval on see aga palju lähemal ja tõelisem kui mõnikümmend aastat tagasi. On täiesti võimalik, et järgmisel sajandil avastavad teadlased viisi, kuidas liikuda kõrgemates mõõtmetes ja seega reisida paralleelmaailmades. Seni fantaseerivad inimesed sellel teemal palju, leiutades hämmastavaid lugusid.
