Diogene Laertius (timpuriu III p.Chr.): „În cele din urmă, unii filozofi sunt chemați de fizicieni pentru a studia natura altora - de etică, argumentând despre morală este al treilea rând - discursuri dialectice, încurcate pentru fizica, etica si dialectica sunt cele trei părți. filosofie, fizică ne învață despre lume și tot ce conține, etica - a vieții și proprietățile umane, dialectic este preocupat de argumente pro și fizica și etica ".
Trei dimensionalitate a spațiului
De ce spațiul tridimensional?
Din punct de vedere modern, întrebarea: "De ce spațiul are trei dimensiuni?" pot fi înțelese în două sensuri în esență diferite.
În primul rând, puteți încerca să explicați tridimensionalitatea spațiului pe baza proprietăților profunde ale lumii materiale în cadrul unei anumite teorii fundamentale. În teoriile fizice existente, tridimensionalitatea spațiului este luată ca ipoteză inițială, postulatul.
Al doilea înțeles care poate fi pus în această întrebare poate fi clarificat astfel: "De ce fizicienii cred că spațiul are trei dimensiuni."
Din punct de vedere istoric, a fost Immanuel Kant, unul dintre marii filozofi, care a avut o idee cu adevărat nouă în ceea ce privește dimensiunea spațiului. În noțiunea de dimensiunea lui Kant a fost asociată pentru prima dată cu legea fizică specifică (legea gravitației a lui Newton) și au fost implicate într-una dintre cele mai faimoase confruntări ideologice din istoria fizicii - concepte de rivalitate spațiu absolută și relativă.
Prima dintre ele presupune că spațiul este ceva absolut, o dată, ceva similar cu ultima etapă pe care sunt jucate fenomene fizice, dar care nu depinde de aceste fenomene foarte. Ideea relativității spațiului înseamnă că relațiile spațiale sunt doar câteva relații ale corpurilor fizice între ele. Kant a scris: „În cazul în care spațiul și poate fi comparată cu o scenă, scena este creată în cursul piesei, create de fenomene naturale, interacțiunile dintre obiecte și ființe, indiferent de interacțiunea pe care scena nici nu se poate gândi ..“ [1], [4].
Kant justifică dimensiunea spațiului de comunicare la legea forței, după cum urmează: spațiul este ordinea, ordinea în ansamblul corpurilor, spațiu - relația dintre organisme. Cu toate acestea, ele însele aceste relații se manifestă în forțele care acționează între corpurile: „Este ușor să dovedească faptul că nu ar exista nici un spațiu și nici o extensie, în cazul în care substanța are foarte puțină energie pentru a opera în afara Pentru că fără această forță nu există nici o legătură, nici o legătură - nici un ordin, și .. , în cele din urmă, fără ordine, nu există spațiu ".
Mai departe Kant hypothesizes că „are loc trei dimensionalitate, probabil, faptul că substanța existentă în actul mondial unul pe celălalt, astfel încât acțiunea în sine este invers proporțională cu pătratul distanței“ (celelalte forțe din regiunea interacțiunii Kant nu este cunoscut).
Conceptul de spațiu absolut câștigat (deși nu în totalitate), în mecanica newtoniană si fizica a domnit până la începutul secolului XX, când teoria relativității generale a lui Einstein a câștigat (deși din nou, nu toate) ideea relativității spațiului.
Astfel, nu există spațiu în sine, ca o entitate fizică specială, în natură. Din punct de vedere relativist, conceptul de "spațiu" exprimă numai agregatul relațiilor care se formează în mișcarea și interacțiunea obiectelor fizice reale. Vacuumul nu poate fi definit ca spațiu. Într-un vid între particulele virtuale nu există relații de interacțiune, nu există nici o legătură, nu există nici o ordine și astfel nu există un spațiu de relații cu această sau aceea dimensiune. Dimensiunea spațiului apare în interacțiunile obiectelor reale, în relațiile lor. Apoi, este evident că interacțiunile în trei direcții independente sunt preferabile față de ceva mai mult decât interacțiunile în direcții n-independente.
Ipoteza lui Kant a fost dezvoltată ulterior de P. Ehrenfest în articolul său "Cum se manifestă legile fizice prin faptul că spațiul are trei dimensiuni?" [2] și a arătat că numai în spațiul a trei dimensiuni sunt structuri stabile - sisteme planetare, atomi etc. Lucrarea lui Ehrenfest corespunde exact celui de-al doilea sens al problemei dimensiunii spațiului. Noi, în această notă, vom arăta cum să justificăm tridimensionalitatea spațiului bazată pe proprietățile profunde ale lumii materiale.
În știința modernă, cea mai profundă teorie fizică a spațiului și a timpului este dată de teoria generală a relativității creată de Einstein. Întrucât dimensiunea este una dintre cele mai fundamentale proprietăți ale spațiului-timp, este imposibil să se ia serios în considerare problema dimensiunii în afara relației sale cu teoria generală a relativității. Și din teoria generală a relativității urmează existența în natură a unor astfel de obiecte exotice ca găuri negre.
Se pare că dimensiunea tridimensională a spațiului fizic observat este direct legată de formarea unor astfel de găuri negre. Să arătăm că, în cadrul modelului geon [3], se poate răspunde la întrebarea: "de ce este spațiul observabil având exact trei dimensiuni?". Luând în considerare această problemă, vom folosi rezultatele obținute în timp util de către P. Ehrenfest.
Ehrenfest consideră "fizica" în spațiul n-dimensional U n. În acest caz, el derivă legea interacțiunii cu centrul punctului (în mod analog cu cazul tridimensional) din ecuația Poisson diferențială în U n pentru potențialul care determină această interacțiune.
Legile fizice fundamentale ale interacțiunilor sunt date într-o formă variată. Lagrangianul pentru cel mai simplu caz al unui câmp scalar fără masă j (t, x 1. x 2. ..., x n) are forma.
Acest Lagrangian conduce la ecuația Poisson și, în consecință, la câmpul punctului j
lnR pentru n = 2). Dimensiunea spațiului este luată în considerare în (1) numai ca o condiție a setului de valori pe care indexul k poate să îl ia. Cazul 3 + 1-dimensional k = 1, 2, 3. Astfel, (1) ne permite să obținem partea corespunzătoare a fizicii în spațiu, de orice dimensiune. Ecuația Poisson este echivalentă matematic cu Lagrangianul indicat (cu o generalizare naturală către alte câmpuri).
În cazul sferic simetric din U n, din ecuația Poisson sau din legea Gaussiană, intensitatea câmpului este urmată de expresiile pentru energia potențială
unde M, m sunt masele corpurilor, k este constanta interactiunii in spatiul n-dimensional. Cu constanta constantă Newton G, ea se găsește prin legarea încrucișată a potențialelor pentru un spațiu tridimensional și spațiul n-dimensional corespunzător. Apoi, pentru a interacționa gravitational expresia fotoni (2), (3) și (4) să ia forma (c, ținând seama de faptul că, în locul maselor M și m este necesar să se înlocuiască P / c,
E pot = - k P 2 R / c 2 (n - 2) R n - 2 = - k Ï 2 / c 2 (n - 2) R 2 R n - 2 ................ (2 ')
E pot = k P 2R lnR / c 2 = k ² 2nnR / c 2R 2 ................ (3 ')
E pot = k P 2 R R / c 2 = k ¾ 2 / c 2 R ................ (4 ')
unde c este viteza luminii și ž este constanta lui Planck. Energia potențială sistem complet intră și centrifugal Geon energie P jc = N formă c / R, care, cu toate acestea, nu depinde de dimensiunea spațiului, așa cum nu depinde de dimensiunea formei de energie cinetică „redus“ foton E = P „c . unde P '= P / 2. Pe de altă parte, energia centrifuga joacă un rol numai în a treia apropiere, așa că nu va lua în considerare în expresia pentru energia totală a Ghihon în U n spații (pentru a simplifica graficele). Ecuațiile pentru energia totală în spațiile U n Geon va arăta (cu condiția ca (k = c = ž = 1).
E (R) = (1 - 2 / (n - 2) Rn - 1) / 2R; ... n n 3 ............ .. (5)
E (R) = (1 + 2nnR / R) / 2R; ... n = 2 ............. (6)
Atragem atenția asupra faptului că pe graficele dependenței energiei geonului de R, punctul maxim este un punct caracteristic situat în regiunea energetică E n = 10 19 GeV. În ea începe "căderea" fotonilor pe "centrul" gravitational și începe formarea gaurii negre Planck.
Se compară dependența energiei totale a geonului E (R) în spații cu dimensiuni 1,2,3,4,5. n în conformitate cu relațiile (5), (6), (7) (vezi figura 1).
Din figura 1 se vede că maximele curbelor E (R), în spațiile U 1, U 2, U 4, U 5, ..., U n sunt peste maximul curbei E (R), într-un U 3. Aceasta înseamnă că formarea negrului Planck gauri, din punct de vedere energetic, cea mai favorabilă în U 3. este văzut din Figura 1 că găurile negre Planck pot fi formate în spațiile de alte dimensiuni (cu excepția U 1), dar energia minimă de fotoni necesar pentru a forma găuri negre Planck, este inerent Spațiu tridimensional. Poate că acest lucru este valabil și pentru energia totală a oricărei alte interacțiuni în domeniul forțelor centrale.
Dacă pornim de la principiul că orice sistem fizic caută să realizeze în cel mai scăzut de energie, este destul de evident că, din cauza mecanismului de formare a găurilor negre Planck din n - spațiile dimensionale, selecția de spațiu tridimensional al tuturor celorlalte caracteristici în formarea Metagalaxy observată a fost o concluzie dinainte.
Într-adevăr, în conformitate cu concepte moderne, Metagalaxy observat originea acum 13,7 miliarde de ani de la singular „puncte“ cu o dimensiune de 10 -. 33 cm, care este, în conformitate cu concluziile anterioare, Metagalaxy nostru a apărut din statele „gaura neagră“ a materiei fizice. Prin urmare, tridimensionalitatea spațiului observabil urmează în mod inevitabil.
Dacă luăm în considerare, de asemenea, că vidul la nivelul Planckian (cel mai profund) este format din găuri negre virtuale Planck, apariția care, de asemenea punct de vedere energetic cel mai avantajos în spațiul tridimensional, spațiul tridimensional este alegerea evidentă [5].
Această concluzie este contrar principiului antropic, care afirmă că trăim într-un spațiu 3-dimensional, deoarece universul cu alte dimensiuni, nu există observatori sau legile naturii sunt aranjate în așa fel încât universul ar putea fi viața inteligentă. Cu toate acestea, după cum se arată aici, universele cu dimensiuni diferite nu ar trebui să se datoreze dezavantajelor lor energetice. Universul cu dimensiunea n = 3 este în starea principală, cea mai scăzută a energiei. Rearanjarea relațiilor spațiale, crearea spațiilor cu dimensiuni n<3 или n>3 ar necesita costuri suplimentare de energie.
1. Kant, M. Mysl, 1963, voi.1
2..Erenfest P. Proc. Amsterdam acad. 1917, voi. 20
Trimiteți-le prietenilor: