L'une des tâches principales de la physique théorique aujourd'hui est de trouver une réponse à la question de savoir s'il existe des dimensions supérieures. L'espace ne se compose-t-il vraiment que de longueur, de largeur et de hauteur, ou s'agit-il simplement d'une limitation de la perception humaine ? Pendant des millénaires, les scientifiques ont fermement rejeté l'idée de l'existence d'un espace multidimensionnel. Cependant, la révolution scientifique et technologique a beaucoup changé, et aujourd'hui la science n'est plus aussi catégorique sur la question des dimensions supérieures.
Quelle est l'essence du concept "d'espace multidimensionnel" ?
L'homme vit dans un monde composé de trois dimensions. Les coordonnées de tout objet peuvent être exprimées en trois valeurs. Et parfois deux - quand il s'agit de ce qui se trouve à la surface de la Terre.
La longueur, la largeur et la hauteur peuvent être utilisées pour décrire à la fois les objets terrestres et les corps célestes - planètes, étoiles et galaxies. Ils sont également suffisants pour les choses habitant le microcosme - molécules, atomes et éléments élémentairesparticules. La quatrième dimension est considérée comme le temps.
Il doit y avoir au moins cinq dimensions dans un espace multidimensionnel. La physique théorique moderne a développé de nombreuses théories pour des espaces de différentes dimensions - jusqu'à 26. Il existe également une théorie qui décrit un espace avec un nombre infini de dimensions.
D'Euclide à Einstein
Les physiciens et mathématiciens de l'Antiquité, du Moyen Âge et des Temps modernes ont catégoriquement nié la possibilité de l'existence de dimensions supérieures. Certains mathématiciens en ont même déduit des justifications de la limitation de l'espace par trois paramètres. La géométrie euclidienne ne supposait que trois dimensions.
Avant l'avènement de la relativité générale, les scientifiques considéraient généralement l'espace multidimensionnel comme un sujet indigne d'étude et d'avancement des théories. Quand Albert Einstein a formulé les concepts d'espace-temps, combinant trois dimensions avec la quatrième, le temps, la certitude en la matière a immédiatement disparu.
La théorie de la relativité prouve que le temps et l'espace ne sont pas des choses séparées et indépendantes. Par exemple, si les astronautes montent à bord d'un navire qui se déplace à grande vitesse pendant une longue période, à leur retour sur Terre, ils seront plus jeunes que leurs pairs. La raison en est que moins de temps passera pour eux que pour les humains sur Terre.
Théorie de Kaluza-Klein
En 1921, le mathématicien allemand Theodor Kaluza, en utilisant les équations de la théorie de la relativité, a créé une théorie quiqui pour la première fois combinait gravité et électromagnétisme. Selon cette théorie, l'espace a cinq dimensions (dont le temps).
En 1926, le physicien suédois Oscar Klein en déduit la justification de l'invisibilité de la cinquième dimension, décrite par Kaluza. Cela consistait dans le fait que les dimensions supérieures sont compressées à une valeur incroyablement petite, qui s'appelle la valeur de Planck et est 10-35. Par la suite, cela a formé la base d'autres théories de l'espace multidimensionnel.
Théorie des cordes
Ce domaine de la physique théorique est de loin le plus prometteur. La théorie des cordes prétend être ce que les physiciens recherchent depuis l'avènement de la relativité générale. C'est la soi-disant théorie du tout.
Le fait est que deux principes physiques fondamentaux - la théorie de la relativité et la mécanique quantique - sont en contradiction insoluble l'un avec l'autre. La théorie du tout est un concept hypothétique qui pourrait expliquer ce paradoxe. À son tour, la théorie des cordes est plus adaptée à ce rôle.
L'essentiel est qu'au niveau subatomique de la structure du monde, les particules vibrent, comme la vibration des cordes ordinaires, par exemple un violon. C'est de là que la théorie tire son nom. De plus, les dimensions de ces cordes sont extrêmement petites et fluctuent autour de la longueur de Planck - celle-là même qui apparaît dans la théorie de Kaluza-Klein. Si un atome est agrandi à la taille d'une galaxie, la chaîne n'atteindra que la taille d'un arbre adulte. La théorie des cordes ne fonctionne que dans un espace multidimensionnel. Et il y a plusieursversions. Certains nécessitent un espace à 10 dimensions, tandis que d'autres nécessitent un espace à 26 dimensions.
À ses débuts, la théorie des cordes était perçue par les physiciens avec un grand scepticisme. Mais aujourd'hui, c'est le plus populaire et de nombreux physiciens théoriciens sont engagés dans son développement. Cependant, il n'est pas encore possible de prouver expérimentalement les dispositions de la théorie.
Espace de Hilbert
Une autre théorie décrivant les dimensions supérieures est l'espace de Hilbert. Il a été décrit par le mathématicien allemand David Hilbert alors qu'il travaillait sur la théorie des équations intégrales.
L'espace de Hilbert est une théorie mathématique qui décrit les propriétés de l'espace euclidien en dimension infinie. C'est-à-dire qu'il s'agit d'un espace multidimensionnel avec un nombre infini de dimensions.
L'hyperespace dans la science-fiction
L'idée d'espace multidimensionnel a donné lieu à de nombreuses intrigues de science-fiction - à la fois littéraires et cinématographiques.
Ainsi, dans la tétralogie "Songs of Hyperion" de Dan Simmons, l'humanité utilise un réseau de null-portails hyperspatiaux capables de transférer instantanément des objets sur une longue distance. Dans Starship Troopers de Robert Heinlein, les soldats utilisent également l'hyperespace pour voyager.
L'idée du vol hyperspatial a été utilisée dans de nombreux films d'opéra spatial, dont la célèbre saga Star Wars et la série télévisée Babylon 5.
L'intrigue du film "Interstellar" est presque entièrement liée à l'idéedimensions supérieures. À la recherche d'une planète propice à la colonisation, les héros voyagent dans l'espace à travers des trous de ver - un tunnel hyperespace menant à un autre système. Et vers la fin, le personnage principal entre dans le monde de l'espace multidimensionnel, à l'aide duquel il parvient à transférer des informations vers le passé. Le film montre aussi clairement le lien entre l'espace et le temps, déduit par Einstein: pour les astronautes, le temps passe plus lentement que pour les personnages sur Terre.
Dans le film "Cube 2: Hypercube", les personnages se retrouvent à l'intérieur d'un tesseract. Ainsi, dans la théorie des dimensions supérieures, on appelle un cube multidimensionnel. À la recherche d'une issue, ils se retrouvent dans des univers parallèles, où ils rencontrent leurs versions alternatives.
L'idée d'un espace multidimensionnel est encore fantastique et non prouvée. Cependant, aujourd'hui, il est beaucoup plus proche et plus réel qu'il y a quelques décennies. Il est fort possible qu'au siècle prochain, les scientifiques découvrent un moyen de se déplacer dans des dimensions supérieures et, par conséquent, de voyager dans des mondes parallèles. D'ici là, les gens fantasmeront beaucoup sur ce sujet, inventant des histoires incroyables.
