Language
Country/Area
No result found
Bí mật của chiều không gian thứ năm: Bạn có biết nó thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ như thế nào không?
Hiểu biết của con người về không gian chủ yếu dựa trên không gian ba chiều, nhưng trong lĩnh vực vật lý và toán học, khái niệm không gian năm chiều đang dần được chú ý. Việc khám phá không gian năm chiều không chỉ khiến chúng ta phải suy nghĩ lại về nền tảng của vật lý mà còn thách thức sự hiểu biết truyền thống của chúng ta về vũ trụ.
Cơ sở lý thuyết của không gian năm chiều
Trong toán học, không gian năm chiều là không gian có năm chiều. Trong vật lý, đây là nỗ lực thống nhất bốn tương tác cơ bản của tự nhiên - lực hạt nhân mạnh và yếu, lực hấp dẫn và lực điện từ. Thuyết Kaluza-Klein nổi tiếng được nhà toán học người Đức Theodor Kaluza và nhà vật lý người Thụy Điển Oskar Klein đề xuất vào năm 1921, sử dụng chiều thứ năm để kết hợp lực hấp dẫn với điện từ. Thống nhất các hiệu ứng.
Klein suy đoán rằng chiều thứ năm phải được cuộn tròn thành một chiếc nhẫn nhỏ, có kích thước khoảng 10^-33 cm.
Mặc dù sau này lý thuyết của họ được chứng minh là không chính xác ở ít nhất một số khía cạnh, nhưng khái niệm này đã đặt nền tảng cho các nghiên cứu sâu hơn trong thế kỷ qua. Suy nghĩ của họ được ví như thế này: ánh sáng giống như sự nhiễu loạn gây ra bởi những dao động ở một chiều không gian cao hơn, mà con người không thể trực tiếp quan sát được, nhưng gián tiếp chỉ ra mối liên hệ tinh tế giữa các lực khác nhau.
Từ lý thuyết Kaluza-Klein đến lý thuyết dây
Thuyết Kaluza-Klein nhận được sự chú ý mới vào những năm 1970 với sự ra đời của thuyết dây và siêu hấp dẫn. Thuyết dây cho rằng thực tại được tạo thành từ các sợi dây năng lượng dao động, một giả thuyết chỉ khả thi về mặt toán học trong môi trường có mười chiều trở lên. Khi lý thuyết dây phát triển hơn nữa, nó đã tiến hóa thành một lý thuyết tổng quát hơn gọi là lý thuyết M, dự đoán một chiều bổ sung có khả năng quan sát được ngoài mười chiều cơ bản.
Chiều không gian bổ sung được dự đoán bởi thuyết M có thể làm sáng tỏ bí ẩn tại sao lực hấp dẫn lại yếu đến vậy so với các lực cơ bản khác.
Điều này phù hợp với những trải nghiệm hàng ngày, chẳng hạn như có thể dễ dàng nhấc một chiếc ghim ra khỏi bàn bằng nam châm, và cho thấy rằng từ tính bằng cách nào đó có thể khắc phục được lực hấp dẫn của toàn bộ Trái Đất.
Giao thoa giữa toán học và vật lý
Vào đầu thế kỷ 20, các nhà toán học bắt đầu xem xét chiều thứ năm như một cấu trúc lý thuyết và xây dựng các khuôn khổ toán học như không gian Hilbert để cho phép vô số trạng thái lượng tử. Einstein và các đồng nghiệp của ông đã cố gắng mở rộng không gian-thời gian bốn chiều của thuyết tương đối rộng để kết hợp điện từ như một chiều vật lý bổ sung, trong nỗ lực thống nhất tất cả các tương tác.
Trong bài báo năm 1938, họ lần đầu tiên đề xuất lý thuyết bốn chiều như một phần mở rộng tự nhiên của lý thuyết năm chiều, phù hợp với lý thuyết Einstein-Maxwell trên những khoảng cách xa.
Trong quá trình này, nhà vật lý Gerard 't Hooft đã đề xuất nguyên lý toàn ảnh vào năm 1993. Ông đã chứng minh rằng thông tin về các chiều không gian bổ sung có thể được hình dung như một dạng độ cong xuất hiện ở ít chiều hơn.
Hình học năm chiều
Theo định nghĩa của Klein, "Hình học là nghiên cứu các tính chất bất biến của không gian-thời gian dưới các phép biến đổi nội tại." Do đó, hình học năm chiều nghiên cứu các tính chất bất biến khác nhau của không gian-thời gian này trong không gian, thường được biểu diễn bằng năm giá trị tọa độ (x, y, z, w, v).
Trong không gian năm chiều hoặc nhiều chiều hơn, chỉ có ba khối đa diện đều, bao gồm ngũ giác, ngũ giác lập phương và ngũ giác vuông.
Các khối đa diện này có tầm quan trọng về mặt toán học và vật lý, số lượng và tính chất của chúng ngày càng được chú ý hơn khi chúng ta hiểu sâu hơn về không gian đa chiều.
Tóm tắt và suy ngẫm
Việc khám phá không gian năm chiều không chỉ thúc đẩy sự phát triển lý thuyết của toán học và vật lý mà còn mở ra những ý tưởng mới để chúng ta hiểu được bản chất của vũ trụ. Mặc dù hiện nay con người vẫn chưa thể quan sát trực tiếp không gian năm chiều và bằng chứng vẫn dựa vào phát hiện gián tiếp, nhưng tất cả những điều này chắc chắn sẽ mở rộng ranh giới của khoa học. Bạn đã bao giờ nghĩ về tác động của những lý thuyết trừu tượng này đến tương lai của chúng ta chưa?
