Fragen Sie Ethan # 104: Was wäre, wenn wir vier räumliche Dimensionen hätten?

Ursprünglicher Autor: Ethan Siegel
  • Übersetzung
Es gibt eine fünfte Dimension, jenseits der Grenzen, die der Mensch kennt. Diese Dimension ist riesig, wie der Raum und zeitlos wie die Unendlichkeit. Dies ist ein neutrales Gebiet für Licht und Dunkelheit, für Wissenschaft und Aberglaube.
- Rod Serling

Wir sind an die drei räumlichen Dimensionen unseres Universums, an Länge, Breite und Tiefe, gewöhnt. Wir können uns vorstellen, wie die Dinge in kleineren Dimensionen aussehen - auf einer zweidimensionalen Ebene oder auf einer eindimensionalen Linie -, aber mit höheren Dimensionen ist alles nicht so einfach, da wir uns keine Bewegung in eine Richtung vorstellen können, die von unserem gewöhnlichen Raum nicht beschrieben werden kann. Im Universum gibt es eine vierte Dimension (Zeit) und nur drei räumliche. Aber unter den Fragen dieser Woche sah ich eine herausragende Frage in der "Was wäre wenn" -Serie von Schriftsteller Kelly Luke:

Was würde es für die Menschen bedeuten, wenn sich die Anzahl der Messungen in unserer Welt mit den Jahreszeiten ändern würde? Zum Beispiel haben wir das halbe Jahr drei Dimensionen und halb vier.

Stellen Sie sich nach Möglichkeit vor, dass Sie die Möglichkeit haben, sich in eine weitere Richtung zu bewegen - nicht im normalen Auf-Ab-Modus, Nord-Süd- und West-Ost-Bereich. Stellen Sie sich vor, nur Sie haben diese Fähigkeit.



Für eine Person aus unserer dreidimensionalen Welt werden Ihre Fähigkeiten erstaunlich und in gewissem Sinne sogar gottähnlich aussehen. Schließlich können Sie:

• sich von einem Ort zum anderen teleportieren, an einem anderen Ort verschwinden und an einem anderen Ort erscheinen,
• die inneren Organe einer Person neu anordnen oder entfernen, chirurgische Eingriffe ohne Einschnitte durchführen,
• jeden aus seinem dreidimensionalen Universum entfernen und etwas später landen wo auch immer Sie sich entscheiden.

Wie ist das möglich? Stellen Sie sich vor, Sie, eine dreidimensionale Kreatur, interagieren mit einem zweidimensionalen Universum, zum Beispiel mit einer Reihe von Farbformen [ein Spielzeug in der Art von flachen Papierpuppen, die Sie in bemalter Kleidung tragen müssen - ca. trans.].



Aus der Sicht von uns, die eine zusätzliche Dimension haben, können wir in ein zweidimensionales Wesen klettern und ihr Inneres ohne Einschnitte manipulieren. Wir können sie umdrehen oder nach links und rechts wechseln. Wir können sie aus dem Flugzeug heben und an einen beliebigen Ort bringen.

Und wenn wir, dreidimensionale Kreaturen, beschlossen haben, in die zweidimensionale Welt einzutreten, würden wir seltsam aussehen, denn sie könnten jeden Moment nur unseren zweidimensionalen Schnitt sehen:

• Zuerst würden wir als Fußabdrücke erscheinen,
• Dann verwandeln wir uns in zwei Kreise Wenn sie sich durch ihr Universum nach unten bewegen,
würden sich die Kreise zu einer Ellipse zusammenfügen.
Dann würden neue (Finger) erscheinen.
Sie würden zu zwei großen Kreisen (Armen, Schultern) wachsen.
All dies würde sich auf Schulterhöhe zu einer großen Figur vereinen
• dann würde es abnehmen, wieder wachsen und verschwinden (Nacken, Kopf).



Glücklicherweise gibt es in unserem Universum keine vierdimensionalen Kreaturen, denn sie scheinen uns gottähnliche Kreaturen zu sein, die gegen die Physik verstoßen. Aber was wäre, wenn wir keine Wesen aus höheren Dimensionen wären und es im Universum mehr Dimensionen geben würde? Und es ist möglich - es wurde gezeigt, dass das Universum in der Vergangenheit mehr Dimensionen haben könnte.



Im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie ist es relativ einfach, eine Raum-Zeit zu schaffen, in der sich die Anzahl der makroskopischen Messungen mit der Zeit ändert. Wir könnten nicht nur in der Vergangenheit mehr Dimensionen haben, sondern auch in der Zukunft, außerdem können wir eine Raum-Zeit konstruieren, in der diese Zahl schwankt und immer mehr wird.

Ja, in unserem Universum kann wirklich die vierte Dimension erscheinen.


Tesseract


Ikositetrahor

Alles ist cool, aber wie würde es aussehen? Normalerweise denken wir nicht darüber nach, aber vier grundlegende Wechselwirkungen - Schwerkraft, Elektromagnetismus und zwei Kernkräfte - haben genau diese Eigenschaften und Größen, da sie in der Anzahl von Dimensionen existieren, die im Universum existieren. Wenn wir ihre Anzahl reduzieren oder erhöhen, ändern wir zum Beispiel die Verteilung der Feldlinien.

Eine Änderung der elektromagnetischen und nuklearen Kräfte würde zu einer Katastrophe führen.



Stellen Sie sich vor, Sie betrachten ein Atom oder einen Kern im Inneren. Die Kerne und Atome sind die Bausteine ​​aller Substanz, aus der unsere Welt besteht, und ihre Skalen sind extrem klein. Die Atome - Angström (10 -10 m), die Kerne - Femtometer (10 -15)m). Wenn diese Kräfte in eine andere räumliche Dimension strömen, ändern sich die Gesetze, die sie regeln.

Einfach ausgedrückt, haben diese Kräfte mehr Verteilungsraum, was bedeutet, dass sie mit der Entfernung schneller schwächer werden. Dies wirkt sich nicht so sehr auf die Kerne aus - ihre Größe wird etwas größer und einige Kerne verändern die Stabilität. Stabile Kerne können radioaktiv werden und umgekehrt. Das ist nicht so beängstigend. Mit dem Elektromagnetismus wird es jedoch mehr Probleme geben.


Atomorbitale Tabelle

Stellen Sie sich vor, dass die Kräfte, die die Elektronen mit den Kernen verbinden, plötzlich schwächer werden. Was wird die Kraft dieser Interaktion verändern? Auf molekularer Ebene ist alles, was Sie in seiner Gesamtheit hält, relativ schwache Bindungen von Elektronen und Kernen. Wenn Sie diese Interaktion ändern, ändert sich die Konfiguration von allem. Enzyme denaturieren, Proteine ​​verändern ihre Form, ligandengesteuerte Neuronen passen nicht mehr zusammen, DNA codiert nicht wie erwartet Moleküle.

Das heißt, wenn sich die elektromagnetische Wechselwirkung ändert und in die vierte räumliche Dimension eindringt, die die Größe eines Angström erreicht hat, werden die Menschen sofort sterben.



Aber es ist nicht alles verloren. Es gibt viele Modelle, hauptsächlich inspiriert von der Stringtheorie, in der diese Wechselwirkungen, elektromagnetische und nukleare, auf drei Dimensionen beschränkt sind. Und dann kann nur die Schwerkraft in die vierte vordringen. Für uns bedeutet das, dass die Schwerkraft in die vierte Dimension eindringt, deren Größe (und Einfluss) zunimmt. Und Objekte werden schwächer als zuvor.

Infolgedessen werden viele seltsame Dinge passieren.



Schnell rotierende Asteroiden, die aus einer losen Substanz bestehen, beginnen zu zerfallen. Ihre Anziehungskraft reicht nicht aus, um Steine ​​und Kies auf der Oberfläche zu halten. Kometen, die sich der Sonne nähern, werden schneller verdunsten und ihre Schwänze werden schicker. Und mit einem ausreichend starken Wachstum der vierten Dimension wird die Anziehungskraft der Erde abnehmen, wodurch der Planet anschwillt, insbesondere entlang des Äquators.



Menschen, die näher an den Polen leben, werden eine Abnahme der Schwerkraft verspüren, und diejenigen, die näher am Äquator leben, werden in die Gefahr geraten, in den Weltraum zu fliegen. Auf der Makroebene wird Newtons berühmtes Gesetz, das Gesetz der umgekehrten Quadrate, in das Gesetz der umgekehrten Würfel umgewandelt, und die Schwerkraft nimmt mit der Entfernung schneller ab.

Mit dem Wachstum der Messung auf die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne wird alles in unserem Sonnensystem zum Verband kommen. Wenn dies über mehrere Tage im Jahr andauert - selbst wenn sich die Schwerkraft für die verbleibenden 50 Wochen normalisiert, wird unser Sonnensystem in nur hundert Jahren vollständig zusammenbrechen.



Es wird Zeiten auf der Erde geben, in denen wir nicht nur eine zusätzliche Bewegungsrichtung wahrnehmen können, sondern auch, wenn sich die Eigenschaften der Schwerkraft zum Besseren verändern. Die Längen- und Höhensprünge werden nicht nur nie gleich sein, sondern auch die Konsequenzen für unser liebes stabiles Universum werden apokalyptisch sein.

Seien Sie also vorsichtig bei Ihren Wünschen, Kelly, denn die vierte Dimension wird nicht nur erstaunliche Gefühle hervorrufen, sondern auch einen großen Teil der Erde, einschließlich der Atmosphäre und der Äquatorialgebiete, erschöpfen.

Aber es gibt ein Plus.



Die globale Erwärmung wird uns keine Sorgen mehr machen, denn eine zunehmende Entfernung von der Sonne wird unsere Welt viel schneller abkühlen als eine Erhöhung der Menge an CO 2 in der Atmosphäre, die sie erwärmt. Alle Nachteile haben ihre Vorteile, und obwohl wir nur wenige Jahre Zeit haben werden, um die neue Dimension zu genießen, kann diese Erfahrung den Rest unseres Lebens wert sein.

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