¿Por qué los científicos dicen que el universo tiene 11 dimensiones? ¿Por qué no podemos sentirlo?
Hace mucho que estamos acostumbrados a la sensación de espacio tridimensional en el mundo que nos rodea. Si se suma el tiempo, el "espacio-tiempo cuatridimensional" de este tiempo y espacio ha quedado profundamente grabado en él. nuestro pensamiento y percepción. Sin embargo, es posible que muchos de nosotros hayamos oído hablar del universo de once dimensiones y creo que todo el mundo está "confuso y confuso" acerca de esta formulación. Después de todo, desde nuestra perspectiva, incluso el espacio de cuatro dimensiones es difícil de imaginar. la undécima dimensión. Entonces, ¿qué concepto expresa esta formulación? Si es exacto, ¿por qué no lo sentimos en absoluto?
Hablando del mundo tridimensional, sin duda estamos más familiarizados con él. Si se nos pide que describamos un objeto o espacio tridimensional, definitivamente primero describiremos su largo, ancho y alto, o describiremos sus valores de coordenadas X, Y y Z en el sistema de coordenadas. Estas descripciones forman los tres. -objeto o espacio dimensional El espacio de repente tiene un concepto de imagen, por lo que es fácil establecer sus límites y tamaño en nuestra imaginación.
Como objeto en un espacio tridimensional, dado que está en movimiento (movimiento relativo) todo el tiempo, se le dará una determinada marca de tiempo ya sea en la percepción o en el sistema físico. para agregar una dimensión de tiempo para que pueda tener cambios de estado provocados por el proceso de movimiento. Por lo tanto, el tiempo tridimensional + y el espacio-tiempo cuatridimensional no solo se han convertido en el estándar y la escala para comprender el mundo que me rodea, sino también en el soporte predeterminado para varias teorías físicas.
Cuando todos aprendan conocimientos físicos como la mecánica newtoniana, el electromagnetismo, la teoría de la relatividad de Einstein, la termodinámica, etc., probablemente tendrán la sensación de que no existen requisitos para el entorno dimensional en el que ocurren estos fenómenos. y Es universal. Por ejemplo, en un plano bidimensional o en un espacio tridimensional, los resultados calculados son los mismos. Si se extiende a dimensiones superiores, los resultados serán los mismos.
Hasta el surgimiento de la "teoría de supercuerdas", se rompió la falta de restricciones sobre las dimensiones en el sistema físico original, y se propuso que debía haber una dimensión específica en el universo, de lo contrario surgirían grandes problemas. .
La teoría de supercuerdas proviene de "teoría de cuerdas". Un punto básico de la teoría de cuerdas es considerar que las unidades básicas de la naturaleza no son partículas puntuales como electrones, fotones, neutrinos, etc., sino "cuerdas" lineales muy delgadas. Las diferentes vibraciones y movimientos de las "cuerdas" producirán diferentes tipos de cuerdas. partículas puntuales, dándonos así el mundo real.
Una de las razones importantes por las que los científicos propusieron la "teoría de cuerdas" es usarla para unificar la relatividad general y la mecánica cuántica, y al mismo tiempo para unificar las cuatro fuerzas básicas del universo (fuerza nuclear fuerte). , fuerza nuclear débil, gravedad y fuerza electromagnética), esta teoría hipotética puede resolver el mayor problema actual en el campo de la física: el gran problema de la unificación. Sin embargo, todavía hay muchos problemas con esta teoría y es necesario realizar un trabajo considerable para optimizar y mejorar los supuestos.
Según la descripción pertinente de la teoría de cuerdas, los científicos inicialmente creyeron que esta teoría, al igual que las teorías anteriores de la mecánica, el electromagnetismo, etc., también era universal en diferentes dimensiones. Al calcular fenómenos físicos en un espacio tridimensional, se encuentra que algunos resultados de cálculo exceden el límite umbral de cantidades físicas en tres dimensiones. Por ejemplo, al calcular la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno, a veces será mayor que 1 y otras. serán valores numéricos, esto está mucho más allá de nuestra comprensión. Es simplemente imposible en tres dimensiones. ¿Está mal la teoría de cuerdas?
Este no es el caso. No hay ningún problema con la teoría de cuerdas. El error está en la desviación en los valores numéricos de las dimensiones, porque los científicos dan por sentado que las dimensiones son tridimensionales. por defecto durante los cálculos. Más tarde, algunos científicos propusieron un plan audaz, que consistía en poner la teoría de cuerdas en más dimensiones para los cálculos. Se descubrió que cuando el valor de la dimensión del universo se establecía en 25 dimensiones, el valor de probabilidad calculado era exactamente 0 entre 1 y 1.
Por lo tanto, según los resultados de la simulación de prueba y error de la "teoría de cuerdas", el universo tiene 25 dimensiones. Posteriormente, con el desarrollo y evolución de la teoría de cuerdas, se obtuvieron los resultados finales calculados de esta dimensión. ocurrido.
Los científicos utilizan la teoría de cuerdas para deducir las dimensiones del universo utilizando el teorema de que la masa en reposo de los fotones es cero, reconocido por la comunidad científica.
En pocas palabras, en la mecánica cuántica, el espacio y el tiempo están llenos de fenómenos de fluctuación cuántica todo el tiempo y en todas partes. Aplicamos el principio de incertidumbre para explorar la energía más baja de un objeto y encontramos que la "energía de fluctuación cuántica" más baja de un objeto es. not es 0. De manera similar, la energía más baja de la "cuerda" no es cero. La energía total de la "cuerda" es esta energía más baja más la energía de la vibración de la cuerda. Dado que los fotones son producidos por la vibración de la "cuerda", la energía estática total del fotón debe ser cero.
Para resolver esta contradicción, los científicos continuaron estudiando y descubrieron que la energía general del fotón, es decir, la suma de la energía más baja y la energía de vibración E, es consistente con 2+ (D- 1) (1+2+3+4 +5+......) es proporcional a (D representa la dimensión). Si solo miras esta fórmula, parece imposible resolverla a primera vista, pero no olvides que existe una fórmula mágica: la fórmula de Euler: 1+2+3+4+5+...=-1/ 12, es decir, hay infinitos enteros positivos. Después de sumar, el resultado es -1/12, lo cual es increíble, no enumeraré el proceso de derivación aquí.
Entonces, deducámoslo a la inversa basándonos en la fórmula de Euler. Si queremos que E sea 0, entonces el valor de D debe ser 25, por lo que la dimensión del universo se calcula mediante la teoría de cuerdas en 25. dimensiones.
Después de una continua revisión y mejora, los físicos añadieron el concepto de supersimetría a la teoría de cuerdas, produciendo así la "teoría de cuerdas supersimétrica", denominada "teoría de supercuerdas", en la que "El significado de la palabra "super" Se refiere a la supersimetría.
El resultado de esta expansión es que la cuerda vibra no sólo en las dimensiones D originales, sino también en la dirección de las coordenadas del número de Grassmann del superespacio. Por lo tanto, en el modo "teoría de supercuerdas", la fórmula anterior que deriva que la energía total del fotón es 0 evoluciona a E proporcional a 2+3 (D-1) (1+2+3+4+5+...), y los siguientes enteros positivos consecutivos Sustituyendo el suma -1/12, obtenemos que el nuevo valor de D es 9.
En este espacio de 9 dimensiones, los científicos han descubierto 5 "teorías de supercuerdas" diferentes. Para explorar cuál de estas 5 teorías es correcta y cuál es incorrecta, el científico Ed Witten continuó luchando por ello. Y no solo no encontró ninguna laguna en las cinco teorías, sino que todas apuntaban a la misma teoría. Esto muestra que estas cinco teorías también están unificadas, pero esta es la teoría definitiva. Son solo 5 "doppelgangers".
Sin embargo, hasta ahora, los científicos no han encontrado el "maestro" de esta gran teoría unificada, por lo que Ed Witten, quien descubrió la misteriosa conexión escondida en ella, llamó a esta teoría un "maestro". La teoría de " "naturaleza misteriosa y mágica", así que tomamos la primera letra de la palabra inglesa - M, y la llamamos teoría M.
Dado que la teoría M se basa en la dimensión superior del espacio de 9 dimensiones, la dimensión espacial de la teoría M también es de 10 dimensiones. Si se agrega la dimensión del tiempo, entonces la dimensión de nuestro universo será solo. Correcto. Son 11 dimensiones.
Si quieres responder a esta pregunta, es muy difícil, porque no sabemos en absoluto qué es la teoría M, ni conocemos el significado específico y la apariencia del espacio-tiempo de 11 dimensiones. Sin embargo, según la explicación de la teoría de supercuerdas, es posible que podamos encontrar algo de consuelo.
La teoría de supercuerdas señala que aunque el universo está compuesto por 11 dimensiones de espacio-tiempo, excepto la dimensión tiempo y las tres dimensiones que podemos percibir, las siete dimensiones restantes están todas acurrucadas en un espacio pequeño. Levántate, la implicación es que aunque existe, simplemente no podemos verlo.
Esto es igual que cuando observamos un palo de madera a una distancia muy cercana, podemos ver que es un cilindro tridimensional, si está más lejos, solo podemos ver un cilindro con longitud. y ancho. En una imagen bidimensional, si la distancia alcanza un cierto nivel, solo podemos ver una línea y se convierte en un objeto unidimensional en nuestra percepción. En otras dimensiones del universo, el principio debería ser el mismo.