Matematyka mówi tak. Rzeczywistość wciąż milczy
Przekonanie, że wszechświat składa się z więcej niż trzech znanych nam wymiarów przestrzennych, to fundament teorii strun. Jej zwolennicy postulują istnienie nawet dziesięciu czy jedenastu wymiarów, z których większość miałaby być przed nami ukryta. Matematyka stojąca za tymi ideami jest spójna i niezwykle piękna, lecz to wciąż za mało, by uznać je za opis fizycznej rzeczywistości. Brakuje kluczowego ogniwa: eksperymentu, który mógłby te przewidywania potwierdzić lub obalić. Gdzie właściwie miałby się znajdować ten czwarty kierunek? To pytanie, które spędza sen z powiek niejednemu fizykowi. Poruszamy się swobodnie w trzech wymiarach, ale wyobrażenie sobie czwartego wymaga niemal filozoficznego skoku.
Czytaj też:
Aby wytłumaczyć coś, co wykracza poza nasze codzienne doświadczenie, naukowcy sięgają po prostą analogię. Wyobraźmy sobie wąż ogrodowy leżący na trawniku. Z dużej odległości wygląda jak jednowymiarowa linia. Gdy jednak przyjrzysz mu się przez lornetkę, dostrzeżesz jego okrągły przekrój. Ten drugi, „zwinięty” wymiar istniał cały czas – był po prostu zbyt mały, by go dostrzec gołym okiem. Podobnie mogłaby działać przestrzeń wokół nas. Trzy duże, obserwowalne wymiary to może nie cały obraz. Istnieje hipoteza, że dodatkowe wymiary są „zwinięte” do nieprawdopodobnie małych, subatomowych rozmiarów. Nie są to nowe miejsca w geograficznym sensie, a dodatkowe kierunki, w których cząstki teoretycznie mogłyby się poruszać. Problem w tym, iż nawet nasze najczulsze instrumenty nie potrafią ich wykryć.
Pomiędzy teorią a praktyką
To tworzy fundamentalny dylemat dla nauki. Z jednej strony istnieje potężny aparat matematyczny, który nie tylko dopuszcza, ale wręcz wymaga istnienia dodatkowych wymiarów dla zachowania wewnętrznej spójności. Z drugiej strony mamy całkowity brak eksperymentalnego potwierdzenia. Czy zatem „skonstruowanie czwartego wymiaru” to przełom? Raczej ważny krok w modelowaniu. Naukowcy są coraz lepsi w tworzeniu zaawansowanych symulacji komputerowych i modeli matematycznych, które zachowują się tak, jakby istniały w przestrzeni o czterech wymiarach. To cenne narzędzie do eksploracji własności takich hipotetycznych światów.
Czytaj też:
Mimo to przepaść między symulacją a namacalną rzeczywistością jest ogromna. Dopóki nie znajdziemy sposobu na bezpośrednie wykrycie lub zmierzenie tych dodatkowych kierunków w naszym własnym wszechświecie, teoria strun i związane z nią koncepcje pozostaną w sferze genialnych spekulacji. To spekulacje głęboko uzasadnione matematycznie, choć wciąż oderwane od empirycznego gruntu. Poszukiwanie odpowiedzi na pytanie o ukryte wymiary to jedno z najambitniejszych wyzwań współczesnej fizyki. Gdyby udało się je potwierdzić, nasze rozumienie kosmosu zmieniłoby się diametralnie. Na razie jednak czwarty wymiar pozostaje fascynującą tajemnicą, a klucza do niej wciąż szukamy w równaniach i superkomputerach, zamiast w bezpośredniej obserwacji.