Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:22 • sest 21:31 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 23:11 • Sest 05:11 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 06:38 • Síðdegis: 18:56 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 00:39 • Síðdegis: 12:46 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Getur rúmið sem við hrærumst í haft fleiri víddir en þær þrjár sem við eigum að venjast?

Lárus Thorlacius

Upphaflega spurningin var sem hér segir:
Kvarkakenning eðlisfræðinnar gengur út á að fjórar víddir nægi ekki til að útskýra innsta eðli allra hluta heldur þurfi a.m.k. 10 víddir. Þess vegna langar mig að vita hverjar víddirnar eru auk lengdar, breiddar, hæðar og tíma?
Svarið við spurningunni um hugsanlegar fleiri víddir hlýtur að vera nei ef átt er við víddir sem við gætum ferðast um líkt og við getum hreyft okkur fram og aftur, upp og niður og til hliðar. Nánast öll eðlisfræði og efnafræði væri mjög á annan veg ef slíkar aukavíddir væru fyrir hendi. Rafkraftar myndu falla hraðar með fjarlægð en þeir gera í þrívíðu rúmi og óvíst væri að atóm væru einu sinni stöðug, hvað þá að þau hefðu þá eiginleika sem þarf til að líf geti þrifist.

Þrátt fyrir þetta hafa öreindafræðingar sett fram kenningu í fullri alvöru sem gerir ráð fyrir mun fleiri víddum í rúminu eða samtals tíu. (Ef við teljum tímann með sem eina vídd til viðbótar verður vídd tímarúmsins ellefu). Hér er um að ræða svonefnda strengjafræði. Henni er ætlað að lýsa skammtafræði þyngdaraflsins, en þar hafa engar aðrar kenningar dugað til, og jafnframt er hún sameiningarkenning sem fléttar saman fræðilega lýsingu á öllum þekktum öreindum náttúrunnar og víxlverkunum þeirra.

Aukavíddir strengjafræðinnar voru lengi taldar sex en á síðustu árum hefur komið í ljós að þær eru í raun sjö. Þessa aukavíddir eru frábrugðnar hinum þremur hefðbundnu víddum að einu mjög mikilvægu leyti. Þær eru samþjappaðar. Þessu má lýsa með einföldu dæmi. Hugsum okkur til einföldunar að rúmið hafi aðeins eina aukavídd og jafnframt að hún sé ekki óendanlega stór eins og við gerum venjulega ráð fyrir um hinar þrjár heldur "rúlluð" upp í hring. Með öðrum orðum ef við ferðumst tiltekna vegalengd, sem við skulum kalla L, í fjórðu áttina þá komum við aftur á upphafspunkt.

Það er erfitt að sjá fjórar víddir fyrir sér svo að við skulum til einföldunar hugsa okkur að rúmið sem við erum að skoða hafi aðeins eina venjulega vídd í stað þriggja. Þá eru víddirnar tvær eins og sýnt er á mynd 1.



Mynd 1: Tvívítt rúm þar sem önnur víddin er vafin upp með einkennislengd 1. Kvarðinn á x1-ás er 1/1000 mm.

Nú skulum við gera ráð fyrir að lengdin L sé mjög stutt, t.d. 1/1000 úr millimetra, og að í tvívíða rúminu okkar búi vitsmunaverur sem séu um einn metri á stærð og séu ekki mjög tæknivæddar. Þessar verur myndu ekki frekar en við greina hluti með berum augum sem væru minni en um 1/10 úr millimetra og sæju því alls ekki móta fyrir aukavíddinni. Þær myndu álíta að þær byggju í einvíðu rúmi eins og sýnt er á mynd 2.



Mynd 2: Tvívítt rúm þar sem önnur víddin er ekki sýnileg á lengdarkvarðanum, sem er 1 cm.

Ef tækninni fleygði fram í þessum ímyndaða heimi og vitsmunaverurnar lærðu að smíða sér smásjá sem greindi hluti af stærðinni 1/1000 úr millimetra, mundu þær uppgötva að rúmið sem þær héldu vera einvítt væri í raun tvívítt en aukavíddin væri aðeins 1/1000 úr millimetra á stærð.

Þessu er eins farið í strengjafræðinni. Þar er gert ráð fyrir að rúmið hafi þrjár venjulegar víddir og auk þess sjö örsmáar aukavíddir sem ekki er hægt að greina ennþá, jafnvel með bestu nútímatækni. Aukavíddirnar hafa hinsvegar ýmis óbein áhrif og gegna lykilhlutverki við sameiningu víxlverkana í strengjafræði. Öreindafræðingar eru ekki allir á sama máli um hve litlar aukavíddirnar séu og telja sumir að þeirra muni gæta í mælitækjum strax á næsta áratug en þeir eru fleiri sem álíta að við eigum langt í land með að "sjá" inn í fjórðu víddina, og þá fimmtu, sjöttu, sjöundu, áttundu, níundu og tíundu.

Höfundur

Lárus Thorlacius

Lárus Thorlacius

prófessor í eðlisfræði við HÍ

Útgáfudagur

16.2.2000

Spyrjandi

Eyjólfur Þorkelsson, 18 ára

Efnisorð

Tilvísun

Lárus Thorlacius. „Getur rúmið sem við hrærumst í haft fleiri víddir en þær þrjár sem við eigum að venjast?“ Vísindavefurinn, 16. febrúar 2000. Sótt 24. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=102.

Lárus Thorlacius. (2000, 16. febrúar). Getur rúmið sem við hrærumst í haft fleiri víddir en þær þrjár sem við eigum að venjast? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=102

Lárus Thorlacius. „Getur rúmið sem við hrærumst í haft fleiri víddir en þær þrjár sem við eigum að venjast?“ Vísindavefurinn. 16. feb. 2000. Vefsíða. 24. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=102>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Getur rúmið sem við hrærumst í haft fleiri víddir en þær þrjár sem við eigum að venjast?
Upphaflega spurningin var sem hér segir:

Kvarkakenning eðlisfræðinnar gengur út á að fjórar víddir nægi ekki til að útskýra innsta eðli allra hluta heldur þurfi a.m.k. 10 víddir. Þess vegna langar mig að vita hverjar víddirnar eru auk lengdar, breiddar, hæðar og tíma?
Svarið við spurningunni um hugsanlegar fleiri víddir hlýtur að vera nei ef átt er við víddir sem við gætum ferðast um líkt og við getum hreyft okkur fram og aftur, upp og niður og til hliðar. Nánast öll eðlisfræði og efnafræði væri mjög á annan veg ef slíkar aukavíddir væru fyrir hendi. Rafkraftar myndu falla hraðar með fjarlægð en þeir gera í þrívíðu rúmi og óvíst væri að atóm væru einu sinni stöðug, hvað þá að þau hefðu þá eiginleika sem þarf til að líf geti þrifist.

Þrátt fyrir þetta hafa öreindafræðingar sett fram kenningu í fullri alvöru sem gerir ráð fyrir mun fleiri víddum í rúminu eða samtals tíu. (Ef við teljum tímann með sem eina vídd til viðbótar verður vídd tímarúmsins ellefu). Hér er um að ræða svonefnda strengjafræði. Henni er ætlað að lýsa skammtafræði þyngdaraflsins, en þar hafa engar aðrar kenningar dugað til, og jafnframt er hún sameiningarkenning sem fléttar saman fræðilega lýsingu á öllum þekktum öreindum náttúrunnar og víxlverkunum þeirra.

Aukavíddir strengjafræðinnar voru lengi taldar sex en á síðustu árum hefur komið í ljós að þær eru í raun sjö. Þessa aukavíddir eru frábrugðnar hinum þremur hefðbundnu víddum að einu mjög mikilvægu leyti. Þær eru samþjappaðar. Þessu má lýsa með einföldu dæmi. Hugsum okkur til einföldunar að rúmið hafi aðeins eina aukavídd og jafnframt að hún sé ekki óendanlega stór eins og við gerum venjulega ráð fyrir um hinar þrjár heldur "rúlluð" upp í hring. Með öðrum orðum ef við ferðumst tiltekna vegalengd, sem við skulum kalla L, í fjórðu áttina þá komum við aftur á upphafspunkt.

Það er erfitt að sjá fjórar víddir fyrir sér svo að við skulum til einföldunar hugsa okkur að rúmið sem við erum að skoða hafi aðeins eina venjulega vídd í stað þriggja. Þá eru víddirnar tvær eins og sýnt er á mynd 1.



Mynd 1: Tvívítt rúm þar sem önnur víddin er vafin upp með einkennislengd 1. Kvarðinn á x1-ás er 1/1000 mm.

Nú skulum við gera ráð fyrir að lengdin L sé mjög stutt, t.d. 1/1000 úr millimetra, og að í tvívíða rúminu okkar búi vitsmunaverur sem séu um einn metri á stærð og séu ekki mjög tæknivæddar. Þessar verur myndu ekki frekar en við greina hluti með berum augum sem væru minni en um 1/10 úr millimetra og sæju því alls ekki móta fyrir aukavíddinni. Þær myndu álíta að þær byggju í einvíðu rúmi eins og sýnt er á mynd 2.



Mynd 2: Tvívítt rúm þar sem önnur víddin er ekki sýnileg á lengdarkvarðanum, sem er 1 cm.

Ef tækninni fleygði fram í þessum ímyndaða heimi og vitsmunaverurnar lærðu að smíða sér smásjá sem greindi hluti af stærðinni 1/1000 úr millimetra, mundu þær uppgötva að rúmið sem þær héldu vera einvítt væri í raun tvívítt en aukavíddin væri aðeins 1/1000 úr millimetra á stærð.

Þessu er eins farið í strengjafræðinni. Þar er gert ráð fyrir að rúmið hafi þrjár venjulegar víddir og auk þess sjö örsmáar aukavíddir sem ekki er hægt að greina ennþá, jafnvel með bestu nútímatækni. Aukavíddirnar hafa hinsvegar ýmis óbein áhrif og gegna lykilhlutverki við sameiningu víxlverkana í strengjafræði. Öreindafræðingar eru ekki allir á sama máli um hve litlar aukavíddirnar séu og telja sumir að þeirra muni gæta í mælitækjum strax á næsta áratug en þeir eru fleiri sem álíta að við eigum langt í land með að "sjá" inn í fjórðu víddina, og þá fimmtu, sjöttu, sjöundu, áttundu, níundu og tíundu.

...