01 април 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Защо пространството е точно 3D

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 05 май 2016 в 08:3392818
Картина, съставена от изображения на "Хъбъл" за играта за Homeworld 2. Художник: TonViper

Въпросът защо пространството е точно триизмерно е озадачавал още древногръцките философи. Пространство-времето като цяло е четиримерно (или 3+1-мерно), където времето е четвъртото измерение.

Според законите на физиката процесите в природата биват необратими и естествени, като протичат спонтанно само в една посока. Забрана за друг вид протичане на естествените процеси налага Вторият принцип на термодинамиката на който се подчинява и времето. То има една посока - напред от минало, през настояще към бъдеще.

Вторият принцип на термодинамиката се оказва важен и за тримерността на пространството около нас.

Според едно ново изследване на д-р Хулиан Гонзалес-Айала (Julian Gonzalez-Ayala) и неговият екип, публикувано в Europhysics Letters (EPL), пространството е точно 3D, защото се съобразява с термодинамичната величина, наречена свободна енергия на Хелмхолц. Свободната енергия на Хелмхолц е термодинамична величина, която е зависима от ентропията (мярка за безпорядъка на физичните системи), лежаща в основата на Втория принцип на термодинамиката.

Във Вселена, изпълнена с различен тип излъчвания (радиация), тази свободна енергия на Хелмхолц може да бъде представена като един вид натиск върху цялото пространство, което зависи от температурата на Вселената и броят на пространствените й измерения.

Учените показват, че тъй като Вселената започва да се охлажда от момента след Големия Взрив свободната енергия на Хелмхолц достига своята първа максимална стойност при много висока температура, съответстваща на Вселена на възраст части от секундата и брой на измеренията приблизително три.

Основната идея е, че 3D пространството е било „замразено“ в момента, в който свободната енергия на Хелмхолц достига своята първа максимална стойност и това забранява прехода на 3D пространството към други измерения.

Това е така, защото Вторият закон на термодинамиката позволява преходи към по-високи измерения само когато температурата е над тази критична стойност, а не под нея. Тъй като Вселената непрекъснато се охлажда, текущата температура е далеч под критичната температура, която е необходима за преминаването от 3D пространство към такова с повече измерения. По този начин пространствените измерения са свободно аналогични етапи на материята, където преход към различен размер прилича на фазов преход на топящ се лед. Нещо, което е възможно само при достатъчно високи температури.

„В процеса на охлаждане на ранната Вселена и след първата критична температура принципът на увеличение на ентропията в затворени системи може да забрани някои промени на измеренията“, обясняват учените.

Предположението на д-р Гонзалес-Айала и неговият екип все още оставя място за по-високи измерения от настъпилите в първата част от секундата след Големия взрив, когато Вселената е била дори по-гореща, отколкото е била критичната температура. Допълнителните измерения са налични в редица космологични модели, най-вече в теорията на струните. Това ново изследване би могло да обясни защо в някои от тези модели теорията за допълнителните измерения сякаш се срива, докато 3D пространството продължава да расте в цялата видима Вселена.

В бъдеще учените планират да подобрят модела като включат допълнителни, квантови ефекти, които може да са възникнали през първата част от секундата след Големия Взрив, през така наречената „Епоха на Планк“. В допълнение това изследване може да предостави насоки на учени, които работят по други космологични модели, например тези за квантовата гравитация.


+ 9
- 1
Танг, по случайност, аз също съм физик. Учил съм ТСФ и също поназнайвам нещо от тия работи. Понятията ентропия, температура и т.н. са възникнали във физиката на даден етап от нейното развитие. Те обобщават в математическа форма нашите разбирания за поведението на материята. А къде се подвизава материята? В пространство-времето. Каква размерност има то? 3+1. Виждал ли е някой друго пространство-време? Не. Тоест, ние нямаме основания да използваме понятия, описващи нашия свят, за други светове с други свойства на пространство-времето. Когато открием такива светове и установим как е там, тогава можем да философстваме. Това имах предвид, когато казах, че физиката е експериментална наука. P.S. И не смесвай реалното пространство с конфигурационното пространство. Едното е реална арена, на която се развиват събитията, а другото е математическа абстракция, въведена за удобство на теорията. Не е голямо геройство да плашиш публиката на един популярен сайт с излишна употреба на сложни термини.
+ 2
- 0
Триизмерно е, защото така е програмиран лазерният лъч, изписващ виртуалната реалност. Науката не прави нищо друго, освен да документира параметрите на симулацията.
Танг
Рейтинг : 300
05.05 2016 в 23:32 6
+ 5
- 0
Светозаре, извинявай, няма да се заяждам, само ще ти препоръчам да се запознаеш с геометрията на Минковски (който е един от професорите по математика, преподавал на Айнщайн в Политехниката). Същото се отнася и за останалите мислители.
Друго - термодинамиката по същество е статистическа наука, а параметрите с които работи, като например ентропията, нямат отношение към размерността на пространство-времето. Това, разбира се, се отнася и за Трите основни принципа (на термодинамиката). Така че да кажеш, че основните на термодинамиката НЕ са в основата на всичко, е меко казано нелепо. Дали може да съществува Вселена, която на теория да НЕ може да се опише с конфигурационно пространство? Ако съществува, дали би представлявала интерес? Не за друго, каква динамика би протичала в такава Вселена? Никаква. Същото се отнася и с Вселена без никакъв енергиен градиент (между другото - невъзможна при какъв да е работещ вариант на Стандартния Модел или друга квантова теория на полето).
+ 1
- 4
Времето не може да бъде четвърта ос, защото X,Y,Z са взаимно-равноправни, а времето очевидно не е равноправно на X,Y и Z. Може би има четвърто измерение, но то трябва да е отвъд нашето 3-мерно. Ако една мравка ходи по лист хартия ще се пита защо пространството е двумерно. Ами защото не може да лети в тримерното пространство. Ако предположим, че физическата тъкан на вселена е тримерен обект, то ние като част от него, не може да излезем извън него и да видим какво има по-нагоре. Частта не може да излезе извън цялото без да се откъсне от него. Впрочем древните българи са считали, че съществуват 9 небеса едно над друго.
vmv
Рейтинг : 1405
05.05 2016 в 11:32 4
+ 2
- 2
Пространството, което ВИЖДАМЕ (изследовател - наблюдател със съзнание и разум - еволюционно пръкнал се!)- е тримерно.
Времето не е четвърто измерение. Виждаме минало. Значи, до нас са пристигнали светлинни вълни (съдържат множество фотони). Тогава -произведението от скорост на светлина (максимално възможната скорост на "пристигане" на информация) и време - има дименсия на метрика - това е прието за четвърто измерение.
Самата еволюция е рожба на ентропията (подреждане-структуриране на обекти -локална "негаентропия",придружена с хаос- увеличена ентропия извън обектите) и затова информацията ни е за "вече видяното". Хаосът е в полевите форми на материята.
А, това е РАЗДЕЛНО виждане на време и пространство, щом определим времето за интервал между две повтарящи се събития - ето, че виждаме само тримерно. Останалото го предполагаме.
Daering
Рейтинг : 2859
05.05 2016 в 11:31 3
+ 2
- 0
Всеки физик неминуемо се изправя пред въпроса "А защо, мамка му, защо?". :)
+ 11
- 3
Подобни "обяснения" за особеностите на пространство-времето се правят не от вчера. Но всички те страдат от един общ недостатък. Неявно се постулира, че законите на термодинамиката са в основата на всичко и следователно от тях произлизат всички останали особености на света. Да, де, ама ние сме установили тези закони в нашия си свят. Този добре познат свят с 3+1 измерения. На какво основание приемаме, че в един друг свят, с друга размерност на пространството ще имаме точно този вид термодинамика, който познаваме? Със същия успех нещата може да се разглеждат и наопаки - термодинамичните закони са такива каквито са, защото пространство-времето е от вида 3+1. Кое е вярно? Това заприличва на стария схоластичен спор за кокошката и яйцето. Физиката е експериментална наука. Нейната задача е да отговаря на въпроси от типа КЪДЕ, КОГА, КАК, КОЛКО. Въпросите от типа ЗАЩО не са нейната сила. Ако физиката започне прекалено често да отговаря на въпроса ЗАЩО, рискува да затъне в блатото схоластиката.
Daering
Рейтинг : 2859
05.05 2016 в 09:16 1
+ 6
- 3
Една от водещите теории в момента е вселената като холограма. Каквото и да е, светът е интересно място.
 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.