Четырехмерная вселенная: как её понять и как представить что время — это пространство

Вы наверняка слышали о том, что по теории относительности Эйнштейна мы живем в четырехмерном мире, где пространство и время сплетены в единое полотно — пространство-время. Но что это значит и как мы можем представить себе четвертое пространственное измерение, которое недоступно нашему зрению и воображению?

Давайте начнем с того, что такое измерение вообще. Измерение — это способ описать положение или размер объекта в пространстве. Например, чтобы указать место, где находится ваш дом, вы можете сказать, что он находится на определенной улице, в определенном доме, на определенном этаже и в определенной квартире. Это четыре измерения, которые помогают вам найти ваш дом среди множества других. Но это не единственные измерения, которые мы можем использовать. Мы можем также добавить высоту, ширину и длину вашего дома, чтобы описать его размер и форму. Это еще три измерения, которые делают ваш дом уникальным. Таким образом, мы можем говорить о семи измерениях вашего дома, но это не значит, что ваш дом существует в семимерном пространстве. Это просто разные способы описать один и тот же объект в трехмерном пространстве, которое мы привыкли видеть и ощущать.

Трехмерное пространство — это пространство, в котором мы можем двигаться в трех направлениях: вверх-вниз, влево-вправо и вперед-назад. Эти направления перпендикулярны друг другу, то есть образуют прямой угол между собой. Мы можем представить себе трехмерное пространство как коробку, в которой каждая сторона перпендикулярна двум другим. Чтобы описать положение точки в трехмерном пространстве, нам нужно три координаты: например, x, y, z. Координата x показывает, насколько далеко точка от левой стороны коробки, координата y — от передней стороны, а координата z — от нижней стороны. Таким образом, мы можем задать любую точку в трехмерном пространстве с помощью трех чисел.

Но что, если мы хотим добавить еще одно измерение к нашему пространству? Что, если мы хотим создать четырехмерную коробку, в которой каждая сторона перпендикулярна трем другим? Как мы можем сделать это? Вот здесь начинается проблема. Мы не можем просто взять четвертый карандаш и прикрепить его к нашей трехмерной коробке так, чтобы он был перпендикулярен всем трем сторонам. Нет такого направления в нашем трехмерном пространстве, которое было бы перпендикулярно всем трем существующим направлениям. Мы не можем даже представить себе такое направление, потому что наш мозг развивался в трехмерном мире и не способен воспринимать более высокие измерения. Некоторые люди утверждают, что они могут вообразить четвертое измерение, но я подозреваю, что они либо лгут, либо обманывают себя.

Но хотя мы не можем увидеть или представить четвертое измерение, мы можем почувствовать его. Поток времени от прошлого к будущему является своего рода измерением. Вы, держащий свою странную конструкцию из карандашей, охватываете измерение времени с момента, когда вы ее собрали, до момента, когда она развалилась. На протяжении этого времени вы создали четырехмерную скульптуру. Физики объединяют три пространственных измерения и одно временное измерение в единый фреймворк пространства-времени. В физике Ньютона пространство-время является сценой, а мы — объекты и содержание вселенной — являемся актерами. Мы попадаем на свои места и говорим свои реплики, а сцена предоставляет фон, на котором мы совершаем наши взаимодействия. Мы знаем, где находятся другие актеры на основе той же сцены — они на своих местах, говоря свои реплики в назначенные моменты.

Но в общей теории относительности сцена сама становится главным актером, имя которого высвечивается на афише. Чтобы сделать теорию гравитации совместимой с относительностью пространства и времени (теперь пространства-времени), Эйнштейн понял, что гравитация вообще не является силой, по крайней мере не такой, как представлял себе Ньютон. Пространство-время не является фиксированной сценой, а гибкой мембраной, которая пронизывает все существование. Пространство-время изгибается и искривляется под влиянием массы и энергии, которые находятся в нем. Изгиб и искривление пространства-времени в свою очередь влияют на движение массы и энергии, заставляя их следовать по кривым траекториям. Это и есть гравитация. Гравитация — это не то, что тянет нас к земле, а то, что заставляет нас двигаться по кривой линии пространства-времени, которая искривлена массой земли. Гравитация — это не то, что держит луну на орбите вокруг земли, а то, что заставляет луну двигаться по кривой линии пространства-времени, которая искривлена массой земли и луны. Гравитация — это не то, что притягивает свет к черным дырам, а то, что заставляет свет двигаться по кривой линии пространства-времени, которая искривлена массой и энергией черных дыр. И так далее.

Таким образом, мы видим, что пространство-время — это не просто сцена, а динамичный и активный участник всего, что происходит во вселенной. Но это еще не все. Пространство-время не только изгибается и искривляется, но и растягивается и сжимается. Это происходит из-за того, что вселенная расширяется. С момента Большого взрыва, когда все материя и энергия были сосредоточены в одной точке, вселенная начала раздуваться как воздушный шар. И этот процесс продолжается до сих пор. Все галактики удаляются друг от друга, а пространство-время растягивается вместе с ними. Это значит, что расстояние между двумя точками в пространстве-времени увеличивается со временем. Но это не значит, что эти точки движутся в пространстве-времени. Они остаются на своих местах, но пространство-время между ними растет. Это как если бы вы нарисовали две точки на воздушном шаре и начали его надувать. Точки не двигаются по поверхности шара, но расстояние между ними увеличивается.

Но почему вселенная расширяется? Что заставляет ее раздуваться? Это один из самых больших вопросов современной космологии. Одна из гипотез гласит, что за расширение вселенной отвечает так называемая темная энергия. Темная энергия — это неизвестная форма энергии, которая пронизывает все пространство-время и действует как антигравитация. Темная энергия противодействует гравитации, которая пытается сжать вселенную, и вызывает ее ускоренное расширение. Темная энергия составляет около 70% всей энергии и массы во вселенной, но мы почти ничего не знаем о ее природе и происхождении. Это одна из самых больших загадок физики.

Но давайте вернемся к нашему вопросу о четвертом пространственном измерении. Мы уже поняли, что мы не можем увидеть или представить четвертое измерение, но мы можем почувствовать его как время. Но что, если мы хотим почувствовать четвертое измерение как пространство? Что, если мы хотим перемещаться в четвертом измерении так же, как мы перемещаемся в трех других? Что, если мы хотим путешествовать во времени так же, как мы путешествуем в пространстве? Это возможно?

Теоретически, да. По крайней мере, в рамках общей теории относительности. Эйнштейн показал, что время не течет одинаково для всех наблюдателей. Время зависит от скорости и гравитации. Чем быстрее вы двигаетесь, тем медленнее течет ваше время по сравнению с теми, кто двигается медленнее. Чем сильнее гравитация вокруг вас, тем медленнее течет ваше время по сравнению с теми, кто находится в более слабом гравитационном поле. Это называется дилатацией времени, или растяжением времени. Это означает, что время не является абсолютным и однородным, а относительным и неоднородным. Время — это не прямая линия, а кривая линия, которая может изгибаться и искривляться в зависимости от того, как вы двигаетесь и где вы находитесь.

Это также означает, что время — это не стрела, которая всегда указывает в одном направлении, а круг, который может замыкаться на себе. Если вы сможете двигаться достаточно быстро или находиться в достаточно сильном гравитационном поле, вы можете создать замкнутую кривую времени, или цикл времени. Это кривая, которая возвращает вас в ту же точку пространства-времени, в которой вы были раньше. Это как если бы вы обошли землю по экватору и вернулись в ту же точку, откуда вы начали. Только в этом случае вы вернетесь не только в ту же точку пространства, но и в ту же точку времени. Это значит, что вы сможете путешествовать в прошлое или в будущее, в зависимости от того, в каком направлении вы двигаетесь по кривой. Это как если бы вы могли повернуть четвертый карандаш так, чтобы он указывал не вверх-вниз, а вперед-назад. Это как если бы вы могли перейти из трехмерного пространства в четырехмерное пространство.

Но как мы можем создать такую замкнутую кривую времени? Как мы можем достичь такой скорости или такого гравитационного поля, чтобы искривить время настолько, чтобы оно замкнулось на себе? Это очень сложно, но не невозможно. Физики предложили несколько способов, как это сделать. Один из них — это червоточины. Червоточины — это гипотетические туннели в пространстве-времени, которые соединяют две далекие точки во вселенной. Они могут возникать из-за экстремальных условий, таких как коллапс звезды или столкновение черных дыр. Червоточины могут быть не только пространственными, но и временными. Это значит, что они могут соединять не только разные места, но и разные моменты во времени. Если мы сможем войти в червоточину, мы можем выйти из нее в другом месте и в другое время.

Это как если бы мы могли пройти сквозь дверь в одной комнате и выйти из нее в другой комнате, которая находится в другом месте и в другое время. Это как если бы мы могли использовать червоточину как короткий путь в пространстве-времени. Но есть несколько проблем с этим способом. Во-первых, мы не знаем, существуют ли червоточины в реальности, и если да, то где они находятся и как ими пользоваться. Во-вторых, мы не знаем, насколько стабильны червоточины и какие опасности они несут. Возможно, червоточины могут рухнуть или закрыться в любой момент, оставив нас в ловушке или разрывая на части. В-третьих, мы не знаем, как червоточины влияют на причинность и логику. Если мы сможем путешествовать в прошлое, мы можем создать парадоксы, которые нарушают законы физики и здравого смысла. Например, мы можем убить нашего деда до того, как он встретил нашу бабушку, и тем самым предотвратить наше рождение. Но тогда, кто убил нашего деда? Или мы можем взять книгу из будущего, прочитать ее и написать ее сами в прошлом, и тем самым стать автором книги, которую мы взяли из будущего. Но тогда, кто написал книгу в первый раз? Эти и многие другие парадоксы времени ставят под сомнение возможность и целесообразность путешествий во времени через червоточины.

Другой способ создать замкнутую кривую времени — это космические струны. Космические струны — это гипотетические одномерные объекты, которые могут иметь огромную массу и энергию. Они могут возникать в результате симметрии вселенной во время Большого взрыва или во время фазовых переходов в ранней вселенной. Космические струны могут быть бесконечными или замкнутыми в петли. Они могут двигаться со скоростью света или вращаться вокруг своей оси. Космические струны могут искривлять пространство-время вокруг себя так сильно, что если мы сможем облететь их с достаточной скоростью, мы можем вернуться в прошлое. Это как если бы мы могли обмотать четвертый карандаш вокруг космической струны и создать петлю во времени. Но опять же, есть несколько проблем с этим способом. Во-первых, мы не знаем, существуют ли космические струны в реальности, и если да, то где они находятся и как ими пользоваться. Во-вторых, мы не знаем, насколько безопасно приближаться к космическим струны и какие силы они могут оказывать на нас. Возможно, космические струны могут разорвать нас на атомы или выкинуть нас в другую вселенную. В-третьих, мы не знаем, как космические струны влияют на причинность и логику. Если мы сможем путешествовать в прошлое, мы можем создать те же парадоксы, которые мы обсуждали ранее, и которые нарушают законы физики и здравого смысла.

Как видите, путешествие во времени — это очень сложная и спорная тема, которая требует много научного и философского исследования. Мы не знаем, возможно ли путешествие во времени в принципе, и если да, то какие способы и условия для этого нужны. Мы не знаем, какие последствия и риски может иметь путешествие во времени для нас и для вселенной. Мы не знаем, как путешествие во времени соотносится с нашим пониманием причины и следствия, свободы воли и ответственности. Мы не знаем, как путешествие во времени влияет на нашу историю и наше будущее. Мы не знаем, как путешествие во времени меняет нашу самоидентификацию и наше отношение к другим. Мы не знаем, как путешествие во времени открывает новые возможности и вызовы для нашего развития и созидания. Мы не знаем, как путешествие во времени расширяет наши горизонты и нашу фантазию.

Но мы знаем, что путешествие во времени — это одна из самых захватывающих и увлекательных тем, которые мы можем изучать и обсуждать. Путешествие во времени — это не только научная гипотеза, но и художественный мотив, который вдохновляет многих писателей, художников, музыкантов и кинематографистов.