งานหลักอย่างหนึ่งของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีในปัจจุบันคือการหาคำตอบสำหรับคำถามที่ว่ามีมิติที่สูงกว่าหรือไม่ พื้นที่ประกอบด้วยความยาว ความกว้าง และความสูงเท่านั้นจริง ๆ หรือเป็นเพียงการจำกัดการรับรู้ของมนุษย์? เป็นเวลานับพันปีที่นักวิทยาศาสตร์ได้ปฏิเสธแนวคิดเรื่องการมีอยู่ของพื้นที่หลายมิติ อย่างไรก็ตาม การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก และในปัจจุบันนี้ วิทยาศาสตร์ไม่ได้จัดหมวดหมู่ในประเด็นเรื่องมิติที่สูงกว่าอีกต่อไป
สาระสำคัญของแนวคิด "อวกาศหลายมิติ" คืออะไร
มนุษย์อาศัยอยู่ในโลกที่ประกอบด้วยสามมิติ พิกัดของวัตถุใดๆ สามารถแสดงเป็นสามค่า และบางครั้งสอง - เมื่อพูดถึงสิ่งที่อยู่บนพื้นผิวโลก
ความยาว ความกว้าง และความสูง ใช้สำหรับอธิบายทั้งวัตถุบนบกและเทห์ฟากฟ้า - ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ และกาแล็กซี สิ่งเหล่านี้ก็เพียงพอแล้วสำหรับสิ่งต่าง ๆ ที่อาศัยอยู่ในพิภพเล็ก - โมเลกุล อะตอม และระดับประถมศึกษาอนุภาค มิติที่สี่ถือเป็นเวลา
ต้องมีอย่างน้อยห้ามิติในพื้นที่หลายมิติ ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีสมัยใหม่ได้พัฒนาทฤษฎีมากมายสำหรับพื้นที่ที่มีมิติต่างกัน - มากถึง 26 นอกจากนี้ยังมีทฤษฎีที่อธิบายพื้นที่ที่มีมิติจำนวนอนันต์
จากยุคลิดสู่ไอน์สไตน์
นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ในสมัยโบราณ ยุคกลาง และสมัยใหม่ ปฏิเสธอย่างเด็ดขาดถึงความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของมิติที่สูงกว่า นักคณิตศาสตร์บางคนถึงกับสรุปเหตุผลสำหรับการจำกัดพื้นที่ด้วยพารามิเตอร์สามตัว เรขาคณิตแบบยุคลิดสันนิษฐานว่าเป็นสามมิติเท่านั้น
ก่อนการถือกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นักวิทยาศาสตร์มักพิจารณาว่าพื้นที่หลายมิติเป็นหัวข้อที่ไม่คู่ควรแก่การศึกษาและพัฒนาทฤษฎี เมื่ออัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ กำหนดแนวคิดของกาล-อวกาศ รวมสามมิติกับสี่ เวลา ความแน่นอนในเรื่องนี้ก็หายไปในทันที
ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิสูจน์ว่าเวลาและพื้นที่ไม่ใช่สิ่งที่แยกจากกันและเป็นอิสระ ตัวอย่างเช่น หากนักบินอวกาศขึ้นเรือที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงเป็นเวลานาน เมื่อกลับมายังโลก พวกเขาจะมีอายุน้อยกว่าเพื่อน เหตุผลก็คือเวลาสำหรับพวกมันจะผ่านไปน้อยกว่ามนุษย์บนโลก
ทฤษฎีคาลูซา-ไคลน์
ในปี 1921 นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Theodor Kaluza ใช้สมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพได้สร้างทฤษฎีขึ้นมาว่าซึ่งเป็นครั้งแรกที่รวมแรงโน้มถ่วงและแม่เหล็กไฟฟ้าเข้าด้วยกัน ตามทฤษฎีนี้ พื้นที่มีห้ามิติ (รวมเวลา)
ในปี 1926 นักฟิสิกส์ชาวสวีเดน ออสการ์ ไคลน์ ได้อนุมานเหตุผลสำหรับการล่องหนของมิติที่ 5 อธิบายโดย Kaluza ประกอบด้วยความจริงที่ว่ามิติที่สูงขึ้นจะถูกบีบอัดให้มีค่าที่เล็กอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งเรียกว่าค่าพลังค์และเป็น 10-35 ต่อจากนี้ ได้กลายมาเป็นพื้นฐานของทฤษฎีอื่นๆ เกี่ยวกับปริภูมิหลายมิติ
ทฤษฎีสตริง
สาขาฟิสิกส์เชิงทฤษฎีนี้มีแนวโน้มมากที่สุด ทฤษฎีสตริงอ้างว่าเป็นสิ่งที่นักฟิสิกส์มองหาตั้งแต่การถือกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นี่คือสิ่งที่เรียกว่าทฤษฎีของทุกสิ่ง
ความจริงก็คือหลักการทางกายภาพพื้นฐานสองประการ - ทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัม - อยู่ในความขัดแย้งกันที่แก้ไขไม่ได้ ทฤษฎีของทุกสิ่งเป็นแนวคิดสมมุติฐานที่สามารถอธิบายความขัดแย้งนี้ได้ ในทางกลับกัน ทฤษฎีสตริงเหมาะสมกับบทบาทนี้มากกว่า
สาระสำคัญของมันคือที่ระดับต่ำกว่าอะตอมของโครงสร้างของโลก อนุภาคสั่นสะเทือน คล้ายกับการสั่นของสายธรรมดา เช่น ไวโอลิน นี่คือที่มาของชื่อทฤษฎี ยิ่งไปกว่านั้น ขนาดของเชือกเหล่านี้มีขนาดเล็กมากและผันผวนตามความยาวของพลังค์ ซึ่งเป็นขนาดเดียวกับที่ปรากฏในทฤษฎีคาลูซา-ไคลน์ หากอะตอมขยายขนาดเท่ากาแลคซี สตริงจะมีขนาดเท่ากับต้นไม้ที่โตเต็มวัยเท่านั้น ทฤษฎีสตริงใช้งานได้ในพื้นที่หลายมิติเท่านั้น และยังมีอีกหลายอย่างรุ่น บางตัวต้องการพื้นที่ 10 มิติ ในขณะที่บางตัวต้องการพื้นที่ 26 มิติ
ณ เวลาที่เริ่มก่อตั้ง นักฟิสิกส์รับรู้ทฤษฎีสตริงด้วยความสงสัยอย่างมาก แต่วันนี้เป็นที่นิยมมากที่สุดและนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหลายคนมีส่วนร่วมในการพัฒนา อย่างไรก็ตาม ยังไม่สามารถพิสูจน์บทบัญญัติของทฤษฎีในเชิงทดลองได้
ฮิลเบิร์ตสเปซ
อีกทฤษฎีหนึ่งที่อธิบายมิติที่สูงกว่าคือปริภูมิของฮิลแบร์ต David Hilbert นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันอธิบายเรื่องนี้ขณะทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีสมการปริพันธ์
Hilbert space เป็นทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายคุณสมบัติของอวกาศแบบยุคลิดในมิติอนันต์ นั่นคือมันเป็นพื้นที่หลายมิติที่มีขนาดไม่สิ้นสุด
ไฮเปอร์สเปซในนิยายวิทยาศาสตร์
แนวคิดเรื่องพื้นที่หลายมิติทำให้เกิดนิยายวิทยาศาสตร์มากมาย ทั้งวรรณกรรมและภาพยนตร์
ดังนั้น ใน tetralogy "Songs of Hyperion" ของ Dan Simmons มนุษยชาติจึงใช้เครือข่ายของพอร์ทัลว่างที่มีพื้นที่มากเกินไปซึ่งสามารถถ่ายโอนวัตถุในระยะไกลได้ทันที ใน Starship Troopers ของ Robert Heinlein ทหารยังใช้ไฮเปอร์สเปซเพื่อเดินทาง
แนวคิดของการบินไฮเปอร์สเปซถูกใช้ในภาพยนตร์โอเปร่าอวกาศหลายเรื่อง รวมถึงภาพยนตร์ดังเรื่อง Star Wars และละครโทรทัศน์เรื่อง Babylon 5.
เนื้อเรื่องของหนังเรื่อง "Interstellar" เกือบผูกมัดกับไอเดียเลยมิติที่สูงขึ้น ในการค้นหาดาวเคราะห์ที่เหมาะสมสำหรับการล่าอาณานิคม เหล่าฮีโร่เดินทางผ่านอวกาศผ่านรูหนอน ซึ่งเป็นอุโมงค์ไฮเปอร์สเปซที่นำไปสู่ระบบอื่น และในตอนท้ายตัวละครหลักเข้าสู่โลกแห่งอวกาศหลายมิติด้วยความช่วยเหลือซึ่งเขาจัดการเพื่อถ่ายโอนข้อมูลไปยังอดีต ภาพยนตร์เรื่องนี้ยังแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความเชื่อมโยงระหว่างอวกาศกับเวลา ซึ่งสรุปโดย Einstein: สำหรับนักบินอวกาศ เวลาผ่านไปช้ากว่าตัวละครบนโลก
ในภาพยนตร์เรื่อง "Cube 2: Hypercube" ตัวละครพบว่าตัวเองอยู่ใน tesseract ดังนั้นในทฤษฎีมิติที่สูงกว่าจึงเรียกว่าลูกบาศก์หลายมิติ ในการค้นหาทางออก พวกเขาพบว่าตัวเองอยู่ในจักรวาลคู่ขนานที่ซึ่งพวกเขาได้พบกับเวอร์ชันอื่น
แนวคิดเกี่ยวกับพื้นที่หลายมิติยังมหัศจรรย์และยังไม่ได้รับการพิสูจน์ อย่างไรก็ตาม วันนี้มีความใกล้ชิดและเป็นจริงมากกว่าเมื่อสองสามทศวรรษก่อนมาก มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมากที่ในศตวรรษหน้า นักวิทยาศาสตร์จะค้นพบวิธีที่จะเคลื่อนที่ในมิติที่สูงขึ้นและดังนั้นจึงเดินทางในโลกคู่ขนาน จนกว่าจะถึงเวลานั้น ผู้คนจะเพ้อฝันมากมายเกี่ยวกับหัวข้อนี้ ทำให้เกิดเรื่องราวที่น่าอัศจรรย์
