Реально четвёртое измерение?

Впервые о четырёхмерном пространстве мне, любознательному юноше, рассказал преподаватель математики, недавний выпускник Московского университета. Эта тема захватила моё воображение, и в течение жизни я к ней постоянно возвращался. А теперь хочу поделиться мыслями об этом феномене.

Здравый смысл и органы чувств говорят нам, что мы живём в трёх измерениях - длина, ширина и высота. Как бы мы ни двигали в пространстве объект, его положение всегда можно описать этими тремя координатами. Вообще, этими тремя числами человек может определить точное положение любого объекта во Вселенной, от кончика своего носа до самых отдалённых галактик.

Альберт Эйнштейн и его учитель Герман Минковский считали, что 3-мерное пространство и время в отдельности не существуют и что реальный мир является 4-мерным. Для этого они объединили 3-хмерное евклидово пространство со временем в 4-мерное пространство, взяв в качестве 4-й оси системы координат расстояние, которое свет проходит за определённое время.

А ведь верно – если вы назначили девушке свидание на определённом месте, не оговорив время встречи, то оно может не состояться.

Однако ещё античные учёные предполагали, что существует и 4-мерное пространство.

Попробуем разобраться в сущности четырёхмерного объекта.
Начнём с самого простого геометрического объекта — точки. Точка имеет нулевую размерность (0D). У неё нет ни длины, ни ширины, ни высоты.
Сдвинем теперь точку по прямой на некоторое расстояние. У отрезка есть длина, и больше никаких измерений — он одномерен (1D). Отрезок «живёт» на прямой; прямая является одномерным пространством.
Возьмём теперь отрезок и попробуем его сдвинуть, как раньше точку. Если мы выйдем за пределы прямой и будем двигаться в перпендикулярном направлении, получится прямоугольник. У прямоугольника есть два измерения — ширина и высота. Прямоугольник лежит в некоторой плоскости. Плоскость — это двумерное пространство (2D), на ней можно ввести двумерную систему координат — каждой точке будет соответствовать пара чисел. (Например, декартова система координат на школьной доске или широта и долгота на географической карте).
Если сдвинуть прямоугольник в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой он лежит, получится «кирпичик» (прямоугольный параллелепипед) — трёхмерный объект, у которого есть длина, ширина и высота; он расположен в трёхмерном пространстве — в таком, в каком живём мы с вами. Поэтому мы хорошо представляем себе, как выглядят трёхмерные объекты (3D). Но если бы мы жили в двумерном пространстве — на плоскости — нам пришлось бы изрядно напрячь воображение, чтобы представить себе, как можно сдвинуть прямоугольник, чтобы он вышел из той плоскости, в которой мы живём.

Представить себе четырёхмерное пространство для нас также довольно непросто, хотя очень легко описать математически. Трёхмерное пространство — это пространство, в котором положение точки задаётся тремя числами (например, положение самолёта задаётся долготой, широтой и высотой над уровнем моря). В четырёхмерном же пространстве (4D) точке соответствует четвёрка чисел-координат. «Четырёхмерный кирпич» получается сдвигом обычного кирпичика вдоль какого-то направления, не лежащего в нашем трёхмерном пространстве; он имеет четыре измерения.

Наш мозг не способен наглядно представить себе четвёртое измерение. С другой стороны, для математиков нет никаких ограничений, и они свободно оперируют пространствами четвёртого, пятого и других измерений. Современные компьютеры постоянно занимаются расчётами в гиперпространстве.

В действительности, математика может сказать о четвертом измерении очень мало. В гипотезе о четвертом измерении нет ничего, что делало бы её недопустимой с математической точки зрения. Она не противоречит ни одной из принятых аксиом и потому не встречает особого противодействия со стороны математики. Математика вполне допускает возможность установить отношения, которые должны существовать между четырехмерным и трехмерным пространством, т.е. некоторые свойства четвертого измерения. Но делает она все это в самой общей и неопределенной форме. Точное определение четвёртого измерения в математике отсутствует.

Рассуждая по аналогии с существующими измерениями, следует предположить, что если бы четвертое измерение существовало, то это значило бы, что вот здесь, рядом с нами находится какое-то другое пространство, которого мы не знаем, не видим и перейти в которое не можем. В эту "область четвертого измерения" из любой точки нашего пространства можно было бы провести линию в неизвестном для нас направлении, ни определить, ни постигнуть которое мы не можем. Если бы мы могли представить себе направление этой линии, идущей из нашего пространства, то мы увидели бы "область четвертого измерения".

Математические абстракции вызвали к жизни представление о существовании параллельных миров. Под таковыми понимаются реальности, которые существуют одновременно с нашей, но независимо от неё. Параллельный мир может иметь различные размеры: от небольшой географической области до целой Вселенной. В параллельном мире события происходят по-своему, он может отличаться от нашего мира, как в отдельных деталях, так и практически во всём. При этом физические законы параллельного мира не обязательно аналогичны законам нашей Вселенной. Эта тема - благодатная почва для писателей-фантастов.

Всё началось в 1895 году, когда Герберт Уэллс рассказом «Дверь в стене» открыл для фантастики существование параллельных миров. В 1923 году Уэллс вернулся к идее параллельных миров и поместил в один из них утопическую страну, куда отправляются персонажи романа «Люди как боги».

Роман не остался незамеченным. В 1926 году появился рассказ Г. Дента «Император страны „Если"». В рассказе Дента впервые возникла идея о том, что могут существовать страны (миры), история которых могла пойти не так, как история реальных стран в нашем мире. И миры эти не менее реальны, чем наш.

В 1944 году Хорхе Луис Борхес опубликовал в своей книге «Вымышленные истории» рассказ «Сад расходящихся тропок». Здесь идея ветвления времени была, наконец, выражена с предельной ясностью.

Несмотря на появление перечисленных выше произведений, идея многомирия начала серьёзно развиваться в научной фантастике лишь в конце сороковых годов XX века, примерно тогда же, когда аналогичная идея возникла в физике.

Одним из пионеров нового направления в фантастике был Джон Биксби, предположивший в рассказе «Улица одностороннего движения» (1954), что между мирами можно двигаться лишь в одну сторону. Отправившись из своего мира в параллельный, вы уже не вернетесь назад, но так и будете переходить из одного мира в следующий. Впрочем, возвращение в свой мир также не исключается — для этого необходимо, чтобы система миров была замкнута.
В романе Клиффорда Саймака «Кольцо вокруг Солнца» (1982) описаны многочисленные планеты Земля, существующие каждая в своём мире, но на одной и той же орбите, и отличаются эти миры и эти планеты друг от друга лишь незначительным (на микросекунду) сдвигом во времени. Многочисленные Земли, которые посещает герой романа, образуют единую систему миров.
Любопытный взгляд на ветвление миров высказал Альфред Бестер в рассказе «Человек, который убил Магомета» (1958). «Меняя прошлое, — утверждал герой рассказа, — меняешь его только для себя». Иными словами, после изменения прошлого возникает ответвление истории, в котором лишь для персонажа, совершившего изменение, это изменение и существует.
В повести братьев Стругацких «Понедельник начинается в субботу» (1962) описаны путешествия персонажей, в разные варианты описываемого фантастами будущего — в отличие от уже существовавших в фантастике путешествий в различные варианты прошлого. Впрочем, даже простое перечисление всех произведений, в которых затрагивается тема параллельности миров, заняло бы слишком много времени. И хотя фантасты, как правило, научно не обосновывают постулат о многомерности, в одном они правы - это гипотеза, которая имеет право на существование.
Четвёртое измерение существует только в некоторых теориях, но все его свойства давно описаны математиками. Тем не менее, оно интересовало множество учёных от античности до современности, множество деятелей искусства посвятили этому свои труды. Оно затягивало их своей неизвестностью и невообразимой мистичностью.

Мы выяснили некоторые интересные свойства Вселенной с четвёртой координатой. На этой основе можно предположить, что обладай человек возможностью движения по четвёртой координате, он бы располагал очень необычными способностями.

Он бы мог "телепортироваться" из одной точки 3D-пространства в другую, переходя из одного пласта 3D-вселенной в другой пласт, а затем обратно. Таким же образом человек смог бы "телепортировать" любой предмет. Для обычного наблюдателя это бы выглядело как нечто мистическое: предмет бы причудливо изменял форму, втягиваясь сам в себя, а позже также появился бы в другом месте. Такая способность дала бы неоценимые возможности для человечества. В качестве примера можно привести операции "без швов". Ведь тогда можно было бы оперировать изнутри организма.

Четвёртое измерение, возможно, ещё ждёт, чтобы его открыли. А возможно, что мы его уже наблюдаем в явлениях, которые кажутся нам мистическими. Некоторые физики считают четвёртое и последующие измерения нематериальными, поэтому никогда не пересекаются друг с другом.


Список использованной литературы:

1. П.Д. Успенский "Новая модель Вселенной".
2. Штайнер Рудольф «Четвёртое измерение. Математика и действительность».
3. В.И. Лобас «Путешествие в мир четвёртого измерения».