فرط التحول. كيف يبدو الطيران في الفضاء الفائق في الواقع: استنتاجات عملية وإحصائيات وتكهنات.

الفيزياء الفلكية: الأسس النظرية للرحلات الجوية عبر الفضاء الفائق.

العقبة الرئيسية أمام الرحلات الجوية إلى النجوم هي السرعة القصوى للحركة في الفضاء المادي، المحددة في النظرية النسبية لأينشتاين. هذه السرعة القصوى تساوي سرعة الضوء - 300 ألف كيلومتر في الثانية. وبحسب نظريتي عن المطلق، فإن حد السرعة هذا يرجع إلى أن الكون المادي مملوء بالأثير، وهو الوسط لنقل التفاعلات والوسط الذي تتحرك فيه سفينة الفضاء. عندما تقترب سفينة أو جسم آخر من سرعة الضوء، يبدأ الأثير في تقديم مقاومة كبيرة لحركة المركبة الفضائية، وتبدأ السفينة أيضًا في الانكماش في اتجاه حركتها. وهذا مشابه لكيفية بدء كرة الشاطئ في التسطح في الماء في اتجاه الحركة إذا تم دفعها بسرعة كبيرة - فالماء يقاوم الحركة.

إذا وجدت سفينة الفضاء نفسها بطريقة ما منقولة إلى الفضاء الفائق، فإنها تجد نفسها في بيئة أكثر تخلخلًا من الأثير. إذا كان من الممكن مقارنة الأثير بوسط سائل، فإن الفضاء الفائق هو غاز. لذلك، في الفضاء الفائق، يمكن لسفينة الفضاء أن تتحرك بسرعات هائلة، أكبر بعدة مرات من سرعة الضوء العالم المادي. من المحتمل أن تكون هناك بعض القيود أيضًا، ولكن لا يوجد حتى الآن عائق رئيسي أمام تسريع المركبة الفضائية - الأثير المادي.
من المرجح أن يكون لسفينة الفضاء في الفضاء الفائق نفس القصور الذاتي كما هو الحال في الكون المادي، أي أنه سيتعين على السفينة أيضًا أن تتسارع في الفضاء الفائق كما في الفضاء المادي، ولكن في الفضاء الفائق يمكن لسفينة الفضاء أن تتسارع إلى سرعات تفوق سرعة الضوء بعدة مرات.
وهذا يجعل من الممكن السفر إلى النجوم والعودة في وقت قصير إلى حد ما. ومع ذلك، هناك بعض القيود. لا يتحمل الأشخاص والمعدات التسارع المفرط بسهولة.
يجب أن تطير السفينة في الفضاء الفائق، وتتسارع باستمرار للوصول إلى السرعة المطلوبة. من أجل الوصول إلى سرعة الضوء، والطيران بتسارع ~1 جرام (10 م/ث2)، وهو ما يتوافق مع قوة الجاذبية، سيستغرق الأمر 30 مليون ثانية أو 347 يومًا - ما يقرب من عام من الطيران في الفضاء الفائق. سوف يستغرق الأمر ما يقرب من عامين للتسارع إلى ضعف سرعة الضوء 2C، و9.5 سنوات للتسارع إلى 10C. خلال 9.5 سنة من الطيران، ستطير هذه المركبة الفضائية بمتوسط ​​سرعة 5c لمسافة 47.5 سنة ضوئية تقريبًا. بعد ذلك، من الضروري تشغيل محركات الكبح، نظرا لأن سفينة الفضاء التي تحلق بسرعة 10 أضعاف سرعة الضوء لا يمكن أن تدخل الفضاء المادي دون أن تنفجر بقوة هائلة، فإن كتلة السفينة بأكملها ستتحول إلى إشعاع. وبالتالي، ستحتاج المركبة الفضائية إلى إبطاء سرعتها في الفضاء الفائق لمدة 9.5 سنوات أخرى لتقليل سرعتها إلى الصفر. خلال هذا الوقت، ستطير السفينة 47.5 سنة ضوئية أخرى، وستكون المسافة الإجمالية المقطوعة 95 سنة ضوئية على مدار 19 سنة من الرحلة. انها بعيدة بما فيه الكفاية. يوجد في دائرة نصف قطرها 95 سنة ضوئية من الأرض آلاف النجوم وعشرات الآلاف من الكواكب، وهذا مجال كبير للبحث. بالعودة من الفضاء الفائق إلى الفضاء المادي، ستجد المركبة الفضائية نفسها في مكان ما بعيدًا عن الأرض، على مسافة 95 سنة ضوئية منها، على سبيل المثال، بالقرب من نجم ما أو حتى كوكب، ويمكنها دراسة هذا النظام الكوكبي. بعد أن أمضت عدة سنوات في هذا البحث، انطلقت السفينة في طريق عودتها إلى الأرض عبر الفضاء الفائق. وتستغرق رحلة العودة 19 سنة أخرى مع التسارع والتباطؤ. وبذلك ستعود المركبة الفضائية إلى الأرض بعد 40 عامًا من الطيران. إذا ذهب رواد الفضاء في هذه الرحلة وهم لا يزالون صغارًا، في سن 20-25 عامًا، فعند عودتهم إلى الأرض، سيكون عمرهم 60-65 عامًا بالفعل. مما يعني أن الرحلات الجوية عبر الفضاء الفائق، حتى إلى النجوم البعيدة جدًا عنا (البعيدة وفقًا لمعايير اليوم)، ممكنة تمامًا بناءً على نظرية المطلق.
يمكن تنفيذ رحلات المركبات الفضائية الآلية بتسارع أكبر بكثير، حيث يمكن جعل التكنولوجيا أقوى بكثير من البشر. 10، 20، 30 جرامًا، وأكثر - مع مثل هذه التسارعات، تصبح المناطق النائية جدًا من الفضاء متاحة للاستكشاف. مع تسارع ~50 جم (500 م/ث2)، ستتسارع المركبة الفضائية الأوتوماتيكية إلى سرعة الضوء في أقل من 7 أيام، وفي 9.5 سنة من الرحلة ستتسارع إلى سرعة 500 درجة مئوية - 500 مرة أسرع من الضوء. سيكون متوسط ​​سرعة الطيران 250 ثانية وستطير السفينة مسافة 2378 سنة ضوئية خلال هذا الوقت. بعد 9.5 سنة أخرى من الكبح، تغوص المركبة الفضائية الأوتوماتيكية من الفضاء الزائد إلى الفضاء المادي، وتنتهي على مسافة 4756 سنة ضوئية من الأرض.
وبالتالي، فإن نظرية المطلق، في الواقع، تزيل قيود نظرية النسبية لأينشتاين، لأن النظرية النسبية تحد من نطاق الرحلات الفضائية إلى السرعة القصوى للضوء. من خلال الفضاء الفائق، يمكنك إرسال سفن فضائية تتكون من ذرات مادية إلى أي مسافة تقريبًا - حتى إلى المجرات المجاورة وخارجها. الصعوبات هنا ذات طبيعة فنية - قوة المواد ووجود مصادر ومحركات طاقة قوية. هناك أيضًا المشكلة الأكثر أهمية - وهي كيفية نقل السفينة من الفضاء المادي إلى الفضاء الزائد والعودة. وعندما يتم حل هذه المسألة نظرياً وتقنياً، سيكون الطريق إلى النجوم مفتوحاً.
هناك أيضًا صعوبة توجيه السفينة في الفضاء الفائق. لقد كتبت بالفعل في مقالتي "بصريات الفضاء الفائق وأبعاد الكواكب الفائقة" أنه من الصعب جدًا، إن لم يكن من المستحيل، التنقل بصريًا في الفضاء الفائق بسبب التشوهات البصرية الشديدة الناجمة عن الجاذبية ومضادات الجاذبية.
مرور الوقت على متن سفينة فضائية في الفضاء الزائد.
على الأرجح، فإن الوقت على متن سفينة فضائية تحلق في الفضاء الفائق سوف يتدفق بنفس السرعة كما هو الحال على الأرض. ويرجع ذلك إلى أن الأرض نفسها تتحرك في الأثير المحيط بها بسرعة منخفضة والانحراف النسبي لسرعة تدفق الزمن على الأرض عن سرعة تدفق الزمن على المرجع كائن فضائي، حيث أن سرعتها صفر بالنسبة للأثير المحيط بها، فهي غير ذات أهمية كبيرة. لذلك، سوف يمر نفس الوقت تقريبًا على الأرض وعلى سفينة الفضاء التي طارت عبر الفضاء الفائق وعادت إلى الأرض.
اسمحوا لي أن أشرح بمزيد من التفصيل. يتباطأ الوقت الذي تقضيه سفينة الفضاء التي تحلق في الفضاء المادي بسرعة قريبة من الضوء بسبب تفاعل المادة المادية للسفينة مع الأثير المادي. إن هذا التفاعل بين المادة الفيزيائية لسفينة الفضاء والأثير المادي، الذي يملأ الفضاء المادي بأكمله، هو الذي يسبب كل التأثيرات النسبية - تمدد الزمن، وتقليل طول السفينة في اتجاه الحركة، وزيادة الكتلة من السفينه. يوفر هذا الأثير المادي مقاومة للسفينة التي تطير بسرعة قريبة من الضوء.
عندما تطير سفينة الفضاء عبر الفضاء الفائق، المليء بالغاز الزائد، وليس الأثير المادي، فإنها تطير دون أن تواجه أي مقاومة. لا تتفاعل المادة الفائقة مع المادة الفيزيائية، أو تتفاعل بشكل أضعف بكثير من الأثير. لذلك، لا توجد تأثيرات نسبية عندما تتحرك مركبة فضائية في الفضاء الفائق. لا توجد زيادة في الكتلة، ولا تمدد زمني، ولا نقصان في طول السفينة في اتجاه الحركة.
تنص النظرية النسبية على أنه لا يوجد وقت قياسي، وأن كل شيء نسبي. وهذا خطأ أينشتاين. الوقت المرجعي هو الوقت الموجود على جسم ثابت بالنسبة للأثير المحيط به. ويرجع هذا الخطأ إلى أن العلم لم يثبت بعد وجود الأثير. ومع ذلك، فهي لم تدحض ذلك، لأن الضوء لا يزال ينتشر في وسط ما. لماذا لا نسمي هذا الوسيط الأثير، وليس المفهوم المجرد لـ "الفضاء"، الذي لا يحدد أي شيء سوى ثلاثة محاور شرطية متعامدة مع بعضها البعض.
وبالتالي، فإن سفينة الفضاء نفسها، مرة واحدة في الفضاء الفائق، ستكون على ما يبدو مثل هذا الكائن المرجعي، مع مرور زمني مرجعي يتوافق مع سرعة الحركة في الأثير المحيط بها يساوي الصفر. لا يوجد أثير حول السفينة في الفضاء الفائق، ولا يوفر أي مقاومة لحركة السفينة مهما كانت سرعة حركتها.
تقليل كتلة المركبة الفضائية.
ومن المحتمل أن تكون هناك طرق لتقليل كتلة المركبة الفضائية، على سبيل المثال باستخدام الجاذبية المضادة. نظرًا لأن الجاذبية المضادة، وفقًا لنظرية المطلق، موجودة بالفعل في الفضاء الفائق، فهناك إمكانية نظرية لاستخدامها. يمكن أن يكون هذا، على سبيل المثال، جهازًا يحمل الاسم الرمزي "مولد المجال المضاد للجاذبية". عندما تظهر مثل هذه الأجهزة، فإنها ستقلل من كتلة المركبة الفضائية عدة مرات، مما سيسمح بالطيران في الفضاء الفائق بسرعات أعلى بكثير وعلى مسافات أطول بكثير. إن تقليل كتلة السفينة والطاقم بمقدار 5 مرات سيسمح لك بالطيران بسرعة 5 جرام بنفس الراحة التي تتمتع بها عند تسارع 1 جرام. وسيسمح لك تقليل كتلة السفينة والطاقم بمقدار 1000 مرة بالطيران بتسارع 1000 جرام بنفس الراحة التي تتمتع بها مع تسارع 1 جرام. علاوة على ذلك، فإن تكاليف الوقود عند الطيران بتسارع 1000 جرام ستكون هي نفسها عند الطيران بتسارع 1 جرام، دون مراعاة تكاليف الطاقة لإنشاء مجال مضاد للجاذبية.
إذا كان من الممكن تحييد كتلة السفينة تمامًا، أو جعلها سلبية، فستختفي أي قيود على سرعة السفينة؛ وستكون هذه السفينة قادرة على الطيران بسرعة لا نهائية تقريبًا في الفضاء الفائق إلى أي مسافة، إلى المناطق المجاورة والمجرات البعيدة، على بعد مليارات السنين الضوئية من الأرض. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن السفينة التي تخلق مجالًا مضادًا للجاذبية سوف تتفاعل مع المادة الفائقة المحيطة بها. لذلك، ستظل هناك بعض القيود على سرعة حركة سفينة الفضاء في الفضاء الفائق لسفينة مزودة بتركيب مضاد للجاذبية.

مذهل... يُذهل القارئ ويُلهمه وينظر إلى العالم بطريقة ثورية جديدة حرفيًا.

واشنطن بوست

إن الثورة العلمية تكاد تكون غير بديهية بحكم تعريفها.

لو كانت أفكارنا المنطقية حول الكون صحيحة، لكان العلم قد كشف أسراره منذ آلاف السنين. هدف العلم هو تطهير الجسم من المظاهر الخارجية، وكشف الجوهر المختبئ تحتها. وفي الواقع، لو اجتمع المظهر والجوهر، لم تنشأ الحاجة إلى العلم.

ربما تكون وجهة النظر المنطقية الأكثر رسوخًا لعالمنا هي أن عالمنا ثلاثي الأبعاد. وبدون مزيد من التوضيح، فمن الواضح أن الطول والعرض والارتفاع كافية لوصف جميع الأجسام المرئية لنا في الكون. أكدت التجارب التي أجريت على الأطفال والحيوانات أن الإحساس بالأبعاد الثلاثة لعالمنا متأصل فينا منذ الولادة. وعندما نضيف بعدا آخر إلى الوقت الثلاثي، فإن أربعة أبعاد تكفي لوصف كل ما يحدث في الكون. أينما استخدمت أدواتنا، من أعماق الذرة إلى أبعد مسافة عناقيد المجرات، لم نجد سوى دليل على هذه الأبعاد الأربعة. إن التأكيد علنًا على خلاف ذلك، والإعلان عن احتمال وجود أبعاد أخرى أو تعايش كوننا جنبًا إلى جنب مع الآخرين، يعني التعرض للسخرية. ومع ذلك، فإن هذا التحيز العميق الجذور حول عالمنا، والذي تبناه الفلاسفة اليونانيون القدماء لأول مرة منذ ألفي عام، على وشك أن يقع ضحية للتقدم العلمي.

هذا الكتاب مخصص للثورة العلمية التي أحدثها نظرية الفضاء الفائقوالتي تنص على أن هناك أبعادًا أخرى إلى جانب الأبعاد الأربعة المعروفة وهي المكان والزمان. علماء الفيزياء من جميع أنحاء العالم، بما في ذلك العديد الحائزين على جائزة نوبلمن المقبول بشكل متزايد أن الكون قد يوجد بالفعل في فضاء ذي أبعاد أعلى. وإذا صحت هذه النظرية فإنها ستحدث ثورة في فهمنا للكون من الناحية المفاهيمية والفلسفية. تُعرف نظرية الفضاء الزائد في الأوساط العلمية بنظريتي كالوزا-كلاين والجاذبية الفائقة. في شكل محسن، يتم تمثيله من خلال نظرية الأوتار الفائقة، والتي تفترض حتى العدد الدقيق للأبعاد - عشرة. ثلاثة مكانية عادية (الطول والعرض والارتفاع) وواحدة زمنية تكملها ستة مكانية أخرى.

نحذركم: لم يتم تأكيد نظرية الفضاء الفائق تجريبيًا بعد، وفي الواقع، من الصعب جدًا تأكيدها في الظروف المعملية. ومع ذلك، فقد انتشر بالفعل، واحتل مختبرات الأبحاث الكبرى في العالم وغير المشهد العلمي بشكل لا رجعة فيه الفيزياء الحديثة، مما أدى إلى إنتاج مجموعة مذهلة من الأوراق البحثية (حسب إحصاء واحد، أكثر من 5000). ومع ذلك، لم تتم كتابة أي شيء تقريبًا لغير المتخصصين، ولم يتم إخبارهم عن الخصائص المذهلة للفضاء متعدد الأبعاد. وبالتالي، فإن عامة الناس ليس لديهم سوى فكرة غامضة عن هذه الثورة، هذا إن كانت لديها أي فكرة على الإطلاق. وعلاوة على ذلك، إشارات عفوية إلى أبعاد أخرى و الأكوان الموازيةفي الثقافة الشعبية غالبا ما تكون مضللة. وهذا أمر مؤسف، لأن أهمية هذه النظرية تكمن في قدرتها على دمج جميع الظواهر الفيزيائية المعروفة في بنية بسيطة بشكل مدهش. بفضل هذا الكتاب، موثوقة علميا وفي نفس الوقت معلومات مفهومة عن رائعة البحوث الحديثةمسافة زائدة.

في محاولة لشرح السبب وراء إثارة نظرية الفضاء الفائق مثل هذه الضجة في عالم الفيزياء النظرية، فقد نظرت بالتفصيل في أربعة مواضيع أساسية يتم تناولها في جميع أنحاء الكتاب. هناك أربعة أجزاء المقابلة لهذه المواضيع.

في الجزء الأول، أوجز التطور المبكر لنظرية الفضاء الفائق، مع التركيز على أن قوانين الطبيعة تصبح أبسط وأكثر جمالا إذا تم كتابتها في أبعاد أكثر.

لفهم كيف يمكن لتعدد الأبعاد أن يبسط مشاكل الفيزياء، فكر في المثال التالي: بالنسبة للمصريين القدماء، كان كل ما يتعلق بالطقس لغزا كاملا. ما الذي يسبب تغير الفصول؟ لماذا يصبح الجو أكثر دفئًا إذا اتجهت جنوبًا؟ لماذا تهب الرياح عادة في اتجاه واحد؟ وكان من المستحيل تفسير الطقس باستخدام المعرفة المحدودة للمصريين القدماء، الذين اعتبروا الأرض طائرة ثنائية الأبعاد. تخيل الآن أن المصريين انطلقوا إلى الفضاء بصاروخ، حيث تظهر الأرض كجسم يتحرك في مدار حول الشمس. والإجابات على جميع الأسئلة المذكورة سابقًا ستصبح واضحة.

ومن الواضح لأي شخص في الفضاء أن محور الأرض مائل عن العمودي بمقدار 23 درجة تقريبًا (حيث يكون العمودي متعامدًا مع مستوى مدار الأرض حول الشمس). وبسبب هذا الميل، يتلقى نصف الكرة الشمالي قدرًا أقل من ضوء الشمس عند المرور عبر جزء من المدار وأكثر عند المرور عبر جزء آخر. ولهذا السبب يوجد الشتاء والصيف على الأرض. وبما أن المناطق الاستوائية تتلقى ضوء الشمس أكثر من المناطق القريبة من الشمال أو القطب الجنوبي، ويصبح الجو أكثر دفئا كلما اقتربنا من خط الاستواء. وبالمثل، عندما تدور الأرض عكس اتجاه عقارب الساعة (من منظور شخص ما في القطب الشمالي)، ينحرف الهواء القطبي الشمالي، ويتحرك جنوبًا نحو خط الاستواء. وبالتالي، فإن حركة الكتل الهوائية الساخنة والباردة التي يقودها دوران الأرض تساعد في تفسير سبب ميل الرياح إلى الهبوب في نفس الاتجاه - اعتمادًا على مكان تواجدنا على الأرض.

باختصار، من السهل فهم قوانين الطقس الغامضة إلى حد ما إذا نظرت إلى الأرض من الفضاء. لذلك، لحل المشكلة هو مطلوب الخروجفي الفضاء - في البعد الثالث.الحقائق غير المفهومة في "العالم المسطح" تصبح فجأة واضحة إذا نظرنا إلى الأرض في ثلاثة أبعاد.

قد تبدو قوانين الجاذبية والضوء أيضًا وكأنه لا يوجد شيء مشترك بينهما. وهي متوافقة مع افتراضات فيزيائية مختلفة ويتم حسابها رياضيا بطرق مختلفة. إن محاولات "دمج" هاتين القوتين تفشل دائمًا. ولكن إذا أضفنا بعدًا آخر - الخامس- إلى الأربعة السابقة (المكان والزمان)، فإن الصيغ التي تحدد الضوء والجاذبية سوف تتقارب مثل قطعتين من اللغز. في الأساس، يمكن تفسير الضوء على أنه اهتزازات في البعد الخامس. ومن خلال القيام بذلك، سنرى أنه سيتم تبسيط قوانين الضوء والجاذبية في خمسة أبعاد.

ولذلك، فإن العديد من علماء الفيزياء مقتنعون الآن بأن النظرية التقليدية رباعية الأبعاد "ضيقة للغاية" بحيث لا يمكنها وصف القوى التي تميز كوننا بشكل مناسب. والتزامًا بالنظرية رباعية الأبعاد، يضطر الفيزيائيون إلى "ضغط" قوى الطبيعة بطريقة غير مريحة وغير طبيعية. علاوة على ذلك، فإن هذه النظرية الهجينة غير صحيحة. ولكن إذا تعاملنا مع عدد من الأبعاد أكبر من أربعة، فسيكون لدينا "مساحة" كافية لإيجاد تفسير جميل ومكتفي بذاته للقوى الأساسية.

في الجزء الثاني قمنا بتطوير هذه الفكرة البسيطة من خلال التأكيد على أن نظرية الفضاء الفائق قد تكون قادرة على توحيد جميع قوانين الطبيعة المعروفة في نظرية واحدة. وهكذا فإن نظرية الفضاء الفائق قادرة على تتويج إنجازات ألفي عام بحث علمي، والجمع بين جميع القوى الفيزيائية المعروفة. ربما سيمنحنا الكأس المقدسة للفيزياء - "نظرية كل شيء" التي استعصت على أينشتاين لعقود عديدة.

على مدار الخمسين عامًا الماضية، كان العلماء مفتونين بالسؤال عن سبب اختلاف القوى الأساسية التي تربط الكون معًا - الجاذبية، والكهرومغناطيسية، والقوى النووية القوية والضعيفة - عن بعضها البعض. محاولات أعظم العقول في القرن العشرين. تقديم صورة شاملة لجميع التفاعلات المعروفة التي فشلت. ونظرية الفضاء الزائد تجعل من الممكن تقديم تفسير منطقي لكل من قوى الطبيعة الأربع والمجموعة الفوضوية على ما يبدو من الجسيمات دون الذرية. في نظرية الفضاء الفائق، يمكن أيضًا اعتبار المادة بمثابة اهتزازات تنتشر عبر المكان والزمان. وهذا يؤدي إلى افتراض رائع: كل ما نراه حولنا - من الأشجار والجبال إلى النجوم نفسها - ليس أكثر من مجرد شيء الاهتزازات في الفضاء الزائد.إذا كان هذا صحيحًا، فلدينا الفرصة لوصف الكون بأناقة وبساطة باستخدام الهندسة.

"ثقب الخلد"

الفضاء الفائق- مقياس للكون يظهر غالبًا في أدب الخيال العلمي، حيث تكون الحركة بسرعة فائقة السرعة ممكنة. ومن الواضح أن مبدأ "عمله" يشبه "الثقب الدودي" في الزمكان لأينشتاين، والذي من خلاله يمكن الانتقال عبر النفق في بعض نظريات الجاذبية.

على النقيض من الانتقال الفارغ، عادة ما يتم تمثيل الحركة في الفضاء الفائق على أنها ممتدة في الوقت المناسب، ومع ذلك، في أدب الخيال العلمي هناك تفسيرات مختلفة فيما يتعلق باعتماد زمن الرحلة على السرعة والمسافة.

ويعتقد أن فضاء الكون ثلاثي الأبعاد. ومن المحتمل أن كاتب الخيال العلمي الذي كان أول من استخدم هذا المصطلح لوصف الرحلات بين النجوم كان يعتقد أن مركبة فضائية يمكن أن تتحرك إلى الفضاء بأكثر من 3 أبعاد. أو كان يقصد شيئًا مختلفًا تمامًا. في الحالة الأولى، يمكن تمثيل مساحتنا ثلاثية الأبعاد من الفضاء الزائد، على سبيل المثال، في شكل شريط ملفوف في كرة، والانتقال من نقطة من الشريط إلى أخرى عبر الفضاء الزائد، وليس على طول الشريط، سوف لا يكون من الصعب.

شرح نظرية الفضاء الفائق

تخيل أن أمامك واديًا، وعليك الوصول إلى نقطة ما وراء الوادي. نظرًا لأنه لا يمكنك التحرك إلا على سطح مستو (في مساحة ثنائية الأبعاد)، فسيتعين عليك إما الالتفاف حول عائق ما أو النزول إلى الوادي وعبوره ثم التسلق. ولكن إذا كان لديك طائرة تحت تصرفك يمكنها التحرك في مساحة ثلاثية الأبعاد، فسوف تصل إلى المكان الذي تريد الذهاب إليه في خط مستقيم.

إذا قمت بثقب الشريط ومرت عبر الثقب الجانب المعاكس، ثم تحصل على انتقال فارغ. ستتوافق كل نقطة في الفضاء مع نقطة واحدة فقط يمكنك الوصول إليها. ولكن إذا كان الشريط مطويًا، فمن خلال ثقبه عدة مرات، يمكنك الوصول إلى نقاط مختلفة في الفضاء.

إمكانية وجود الفضاء الزائد

في الآونة الأخيرة، ظهرت بيانات تجريبية مفصلة من المركبة الفضائية WMAP حول عدم التجانس في درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف، وهو أحد أهداف المراقبة الرئيسية في دراسة كوننا. عند تحليل هذه البيانات، عدد كبير من

المتصوفون والفضاء الزائد

وبعض هذه الأفكار ليست جديدة. على مدى القرون القليلة الماضية، تكهن المتصوفون والفلاسفة حول وجود أكوان أخرى وأنفاق بينها. منذ العصور القديمة، كانوا مفتونين بإمكانية وجود عوالم أخرى لا يمكن اكتشافها بالبصر أو السمع، ولكنها مع ذلك مجاورة لكوننا. كان من المثير للاهتمام أن هذه العوالم غير المستكشفة وغير المستكشفة ربما تكون قريبة جدًا، في الواقع، تحيط بنا، وتتخللنا في كل مكان نذهب إليه، ولكنها تظل بعيدة المنال بالنسبة لنا جسديًا، وبعيدة عن حواسنا. لكن كل هذا الحديث تبين في نهاية المطاف أنه فارغ وعديم الفائدة، لأنه لم تكن هناك طريقة عملية للتعبير عن هذه الأفكار رياضيا واختبارها في نهاية المطاف.

الأداة الأدبية المفضلة الأخرى هي التحولات بين كوننا والأبعاد الأخرى. بالنسبة لمؤلفي الخيال العلمي، أصبح تعدد الأبعاد أداة لا غنى عنها، يستخدمونها كوسيلة للسفر بين النجوم. نظرًا لأن النجوم في السماء تفصل بينها مسافات شاسعة فلكيًا، يجد كتاب الخيال العلمي استخدامًا للأبعاد الأعلى من خلال تقصير المسار بين النجوم بسهولة. فبدلاً من السفر لمسافات شاسعة في طريق مستقيم إلى المجرات الأخرى، تذهب الصواريخ ببساطة وعلى الفور إلى الفضاء الفائق، مما يؤدي إلى تشويه الفضاء المحيط بها. على سبيل المثال، في الفيلم " حرب النجوم"يعمل Hyperspace بمثابة ملجأ حيث يستطيع Luke Skywalker مراوغة السفن الحربية الإمبراطورية بسهولة. في المسلسل التلفزيوني "ستار تريك". Deep Space Nine (Star Trek: Deep Space Nine) يُفتح "ثقب دودي" بالقرب من محطة فضائية بعيدة، مما يسمح لك بالسفر لمسافات شاسعة وعبور المجرة في غضون ثوانٍ. تصبح المحطة الفضائية فجأة مركزًا لصراع عنيف بين المجرات، حيث تتنافس الأطراف للسيطرة على هذا الارتباط الحيوي بمناطق أخرى من المجرة.

منذ الرحلة 19، وهي الحادثة التي وقعت قبل 30 عامًا والتي اختفت فيها رحلة قاذفات طوربيد أمريكية أثناء رحلة تدريبية في منطقة البحر الكاريبي، استخدم الروائيون الغامضون تعدد الأبعاد كحل مناسب لغز مثلث برمودا، أو مثلث الشيطان. اقترح بعض الكتاب أن الطائرات والسفن تختفي مثلث برمودايجدون أنفسهم في الواقع في نفق يؤدي إلى عالم آخر.

وجود بعيد المنال عوالم موازيةلقد أدى لعدة قرون إلى ظهور فرضيات لا حصر لها ذات طبيعة دينية. تساءل الروحانيون عما إذا كانت أرواح أحبائهم المتوفين قد انتقلت بالفعل إلى بُعد آخر. الفيلسوف البريطاني في القرن السابع عشر. جادل هنري مور بأن الأشباح والأرواح موجودة وتسكن البعد الرابع. في عمله "دليل الميتافيزيقيا" (Enchiridion Metaphysicum، 1671) دافع عن وجود مملكة الموتى، التي لا يمكن الوصول إليها لتصورنا وتعمل كملجأ للأشباح والأرواح.

ولم يكن لاهوتيو القرن التاسع عشر يعرفون أين يبحثون عن الجنة والجحيم، وتساءلوا عما إذا كان من الممكن العثور عليهما في أبعاد أعلى. كتب البعض أن الكون يتكون من ثلاث مستويات متوازية: الأرض والسماء والجحيم. الله نفسه، بحسب اللاهوتي آرثر ويلينك، يقيم في عالم بعيد بشكل كبير عن هذه المستويات الثلاثة: فهو يعيش في فضاء لا نهائي الأبعاد.

بلغ الاهتمام بالأبعاد العليا ذروته بين عامي 1870 و1920، عندما استحوذ "البعد الرابع" (البعد المكاني، مقابل البعد الزمني الرابع) على خيال عامة الناس وأصبح تدريجياً مصدراً للإلهام في جميع الفنون والعلوم، وأصبح استعارة للعجيب والغامض.. يظهر البعد الرابع في أعمال أوسكار وايلد، إف إم دوستويفسكي، مارسيل بروست، إتش جي ويلز وجوزيف كونراد؛ وساهمت في إنشاء بعض الأعمال الموسيقية لألكسندر سكريابين وإدجارد فاريس وجورج أنثيل. وقد فتن هذا البعد شخصيات مشهورة مثل عالم النفس ويليام جيمس، والكاتب جيرترود شتاين، والثوري والاشتراكي فلاديمير لينين.

ألهم البعد الرابع بابلو بيكاسو ومارسيل دوشامب، وكان له تأثير كبير على تطور التكعيبية والتعبيرية - وهما من أبرز الحركات الفنية في القرن العشرين. كتبت المؤرخة ليندا دالريمبل هندرسون: «مثل الثقوب السوداء، يتمتع «البعد الرابع» بخصائص غامضة لا يستطيع حتى العلماء أنفسهم فهمها بالكامل. إلا أن تأثير فكرة "البعد الرابع" كان أكبر بكثير من تأثير الثقوب السوداء أو أي فرضية علمية أخرى تم طرحها منذ عام 1919، باستثناء النظرية النسبية.

لقد كان علماء الرياضيات أيضًا مفتونين منذ فترة طويلة بالأشكال البديلة للمنطق والهندسة المذهلة التي تتحدى كل الأعراف والفطرة السليمة. على سبيل المثال، أسعد عالم الرياضيات تشارلز لوتويدج دودجسون، الذي قام بالتدريس في جامعة أكسفورد، أجيال من تلاميذ المدارس بالكتب، ونشرها تحت اسم مستعار لويس كارول ونسج مفاهيم رياضية غير عادية في النص. تسقط أليس في جحر أرنب أو تمر عبر مرآة، وتجد نفسها في بلاد العجائب - مكان رائع حيث تختفي قطة شيشاير، ولا تترك سوى ابتسامة، ويحول الفطر السحري الأطفال إلى عمالقة، ويحتفل صانعو القبعات بـ "أعياد الميلاد". تربط المرآة بطريقة ما عالم أليس بأرض أخرى حيث يتحدث الجميع بالألغاز والفطرة السليمة ليست شائعة جدًا.

جاء إلهام لويس كارول جزئيًا من الأفكار التي من المرجح أنها مستمدة من عالم الرياضيات الألماني العظيم في القرن التاسع عشر. جورج بيرنهارد ريمان، الذي كان أول من وضع الأسس الرياضية لهندسة الفضاءات متعددة الأبعاد. غيّر ريمان مسار الرياضيات في القرن التالي من خلال إثبات أن هذه الأكوان، مهما بدت غريبة بالنسبة للمبتدئين، فهي متسقة ذاتيًا تمامًا وتطيع منطقها الداخلي الخاص. لتوضيح إحدى هذه الأفكار، خذ كومة سميكة من الورق. تخيل الآن أن كل ورقة هي عالم كامل يخضع لقوانينه الفيزيائية الخاصة، والتي تختلف عن قوانين جميع العوالم الأخرى. إذن فإن كوننا ليس الوحيد من نوعه، ولكنه واحد من العديد من العوالم الموازية المحتملة. يمكن للكائنات الذكية أن تسكن أيًا من هذه المستويات، غير مدركة تمامًا لوجود مستويات أخرى مشابهة لها. ورقة واحدة يمكن أن تستوعب الريف الإنجليزي الرعوي لأليس. ومن ناحية أخرى توجد أرض العجائب الغريبة التي تسكنها مخلوقات خيالية.

وكقاعدة عامة، تستمر الحياة على كل من هذه المستويات المتوازية بشكل مستقل عن الحياة على المستويات الأخرى. لكن في بعض الحالات، تتقاطع المستويات، للحظة وجيزة يتمزق نسيج الفضاء نفسه، ونتيجة لذلك، ينفتح ثقب أو ممر بين الكونين. تشبه الثقوب الدودية التي تظهر في سلسلة ستار تريك. Deep Space Nine، هذه الممرات تجعل من الممكن السفر بين العوالم، وتكون بمثابة جسور فضائية تربط بين كونين مختلفين أو نقطتين مختلفتين داخل نفس الكون (الشكل 1.2). ليس من المستغرب أن يصبح كارول مقتنعًا بأن الأطفال أكثر تقبلاً لمثل هذه الاحتمالات من البالغين، الذين يظهرون بمرور الوقت جمودًا واضحًا بشكل متزايد في أفكارهم حول الفضاء والمنطق. في الواقع، أصبحت نظرية لويس كارول الريمانية حول تعدد الأبعاد جزءًا لا يتجزأ من أدب الأطفال والفولكلور، وعلى مر العقود أنتجت العديد من الكلاسيكيات الأخرى في أدب الأطفال، بما في ذلك رواية أوز لدوروثي ونيفرلاند لبيتر بان.

أرز. 1.2. الثقوب الدودية قادرة على ربط الكون بنفسه، مما قد يسمح بالسفر بين النجوم. وبما أن الثقوب الدودية يمكنها أن تربط بين فترتين زمنيتين مختلفتين، فيمكن استخدامها أيضًا للسفر عبر الزمن. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للثقوب الدودية أن تربط صفوفًا لا نهاية لها من الأكوان المتوازية. ومن المأمول أن تتيح نظرية الفضاء الفائق إمكانية تحديد ما إذا كان الوجود المادي لـ "الثقوب الدودية" ممكنًا أم أنه مجرد فضول رياضي.

ومع ذلك، وفي غياب أي تأكيد تجريبي أو دافع مادي مقنع، كانت نظريات العوالم الموازية هذه كفرع من فروع العلم معرضة لخطر التلاشي. على مدار ألفي عام، لجأ العلماء من حين لآخر إلى مفهوم تعدد الأبعاد، لكنهم رفضوه باعتباره فكرة غير قابلة للاختبار وبالتالي سخيفة. على الرغم من أن الهندسة الريمانية كانت مثيرة للاهتمام من الناحية الرياضية، إلا أنها رُفضت باعتبارها عديمة الفائدة، على الرغم من كل ما فيها من تفكير. العلماء الذين تجرأوا على المخاطرة بسمعتهم والتحول إلى تعدد الأبعاد سرعان ما اكتشفوا أن المجتمع العلمي بأكمله يسخر منهم. أصبح الفضاء متعدد الأبعاد الملاذ الأخير للصوفيين والأصليين والمشعوذين.

سندرس في هذا الكتاب كتابات المتصوفين الرواد، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنهم اخترعوا طرقًا بارعة لمساعدة غير المتخصصين على "تصور" الشكل الذي قد تبدو عليه الأشياء متعددة الأبعاد. لقد أثبتت هذه الحيل فائدتها في فهم كيفية تلقي نظريات الأبعاد العليا من قبل جمهور أوسع.

علاوة على ذلك، من خلال دراسة أعمال هؤلاء المتصوفين الأوائل، نفهم بشكل أكثر وضوحًا ما كان مفقودًا في أبحاثهم. ونحن نرى أن استنتاجاتهم كانت تفتقد عنصرين مهمين: المادي و الأساس الرياضي. وبالنظر إليها من وجهة نظر الفيزياء الحديثة، فإننا نفهم الآن أن المفقودين بدنيالأساس هو تبسيط قوانين الطبيعة في الفضاء الزائد وإمكانية توحيد جميع تفاعلات الطبيعة باستخدام معلمات هندسية حصرية. مفتقد رياضيتسمى القاعدة نظرية المجال,إنها اللغة الرياضية العالمية للفيزياء النظرية.

خلفية

تعتبر لحظة اكتشاف G. 2319 - في الواقع، تم إجراء أول تجربة ناجحة في هذا المجال هذا العام. تم تطوير النموذج الأولي الأول لتركيب G. بواسطة علماء من شركة Interstellar Corporation. وبحسب بعض المصادر فإن مؤلف المشروع الثوري هو الدكتور جوشوا ليمان. وبعد سنوات قليلة، وتحت ضغط من الاتحاد الاستعماري، تم نشر المبادئ الأساسية للتكنولوجيا. بدأت الشركات الرائدة في تطوير تركيبات النماذج الأولية الخاصة بها.

غادرت السفن الأولى المزودة بمنشآت G.، والتي تم إدخالها حيز الإنتاج، المخزونات في ديسمبر 2327 (Interstellar) وفبراير 2328 (Vesco Industries وSolaris). ومع ذلك، نظرا لعدم الموثوقية الشديدة والعيوب في الأنظمة الأولى، الأول عاديبدأ تنفيذ الرحلات الجوية على متن سفن من النوع الجديد فقط في منتصف خمسينيات القرن العشرين. حتى هذه اللحظة، تم تجنيد أطقم السفن ذات المحركات الفائقة من بين المتطوعين النادرين والمفجرين الانتحاريين. احتمال وقوع حادث أو فرط خارج الرف(انظر أدناه) يمكن أن تصل إلى 50 بالمائة أو أكثر.

ومع ذلك، نظرًا لانخفاض قيمة الموارد البشرية لمعظم الشركات في ذلك الوقت، فإن الظروف المذكورة أعلاه لم تمنع التطور الهائل للتوسع بين النجوم منذ نهاية ثلاثينيات القرن الثالث عشر. في منتصف القرن، يزيح G. جميع التقنيات السابقة تماما على مسافات تتجاوز 10-15 سنة ضوئية.

بيانات

المعنى المادي والقيود التكنولوجية

1. خلال G. يتم دمج منطقتين في نقاط مختلفة في الفضاء الحقيقي. المناطق لها شكل قريب من الكروي مع المركز عند التثبيت G. هذه العملية تنقل كل المادة من منطقة الإدخال إلى منطقة الإخراج.
2. من حيث وقت الأشياء المنقولة، G. لحظية. هذه الحقيقة لا ترجع إلى النظرية، لكن العلم الحديث لا يعرف أمثلة على عكس ذلك.
3. وفقا لوقت العالم الخارجي، يستغرق G. من عدة ثوان إلى عدة سنوات. عادة عدة ساعات. كقاعدة عامة، كلما كان حساب G. أكثر دقة، قل الوقت الذي يستغرقه في العالم الخارجي. يُطلق على الوقت الذي لا توجد فيه المادة المنقولة في أي مكان اسم G. التأخير.
4. تركيبات G. الحديثة مرهقة للغاية. في السفن الصغيرة جدًا، يمكن لنظام النقل الفائق (HTS)، ونظام الاتصالات بعيدة المدى (LCS) وأنظمة دفع الطاقة (EMS) أن يشغل ما يصل إلى 90٪ أو أكثر من حجم السفينة.
5. إن منشآت الغاز الحديثة قادرة على نقل مناطق يصل قطرها إلى كيلومتر واحد (عادةً أقل بكثير)، لذا فإن السفن بين النجوم عادة ما تكون صغيرة وغالبًا ما تكون أصغر من السفن داخل النظام. عادةً ما يعتمد حجم المنطقة المنقولة فقط على طراز التثبيت وعادةً ما يكون غير قابل للتعديل. وبحسب الأدلة غير المباشرة، كانت هناك قبل الحرب منشآت قادرة على نقل مناطق يصل قطرها إلى عشرة كيلومترات ومساحات غير كروية.

إحداثيات الفضاء الفائق

1. أصعب شيء في عملية G. هو حساب المعلمات. يمكن أن تكون أنظمة الحوسبة الخاصة بالسفينة بين النجوم أقوى من أنظمة الحوسبة المركزية للمستعمرات الصغيرة. ومع ذلك، تستغرق حسابات المعلمات النموذجية ما بين ساعتين واثنتي عشرة ساعة. الحساب الأطول هو أكثر دقة. إن النقل الزائد المحسوب بشكل غير كامل، مع درجة عالية من الاحتمال، لن يكون أقل خطورة من النقل الزائد غير المحسوب ("غير المحسوب").
2. معلومات عن الحديث أنظمة الحوسبةآه، بناءً على مبدأ الكمبيوتر الكمي، يتضرر بشكل كبير خلال G.، ما لم يتم بناء نظام الحوسبة على أساس بلورات T. تعد أجهزة الكمبيوتر الأقل تقدمًا ضخمة جدًا وغير فعالة لحساب معلمات G. في هذا الصدد، على الرغم من أن بلورات T ليست ضرورية تمامًا لـ SGP، إلا أنها تستخدم في معظم السفن الحديثة، وخاصة السفن العسكرية.
3. هناك شيء مثل الإحداثيات المكانية (HC). بشكل عام، هذه مجموعة من البيانات، بما في ذلك. تم الحصول عليها تجريبيا، اللازمة لحساب G. العلم الحديثهناك طرق معروفة لحساب الإحداثيات المكانية الفائقة، مع درجة احتمالية عالية نسبيًا (حوالي 1%) تتوافق مع محيط النجوم العادية. خلاف ذلك، يعتقد أن اكتشاف GCs في مجالات الفضاء التي تهم الناس لا يمكن تحقيقه إلا عن طريق الصدفة أو نتيجة لفحص دقيق لمجموعة كبيرة من الإحداثيات المحسوبة باستخدام الطرق المذكورة أعلاه.
4. ونتيجة لذلك، حتى معرفة الإحداثيات الفلكية الدقيقة للنظام النجمي ولها في الخدمة التقنيات الحديثة، ليس لديك دائمًا إحداثياتها المكانية أو طرق حسابها. يعد GC للعوالم المأهولة أحد أهم موارد الحضارة الحديثة.

انتقال مفرط خارج التصميم

1. يؤدي النقل الفائق غير المخطط له مع احتمال أكثر من 90٪ إلى اختفاء السفينة دون أن يترك أثرا (وفقا لبعض الإصدارات، إلى تأخير مئات السنين أو أكثر). في أحسن الأحوال، سينتهي الأمر بالسفينة في منطقة غير مستكشفة من الفضاء وستضطر للوصول إلى مناطق صالحة للسكن في الفضاء من خلال سلسلة طويلة من القفزات المحفوفة بالمخاطر.
2. تتميز القفزات خارج التصميم بتأخير طويل جدًا - عدة أشهر وسنوات وحتى عقود.

طوبولوجيا الفضاء الفائق

1. عادة ما يتم تصوير الأطلس الحديث للعوالم المأهولة في شكل ما يسمى ب. مخطط Leiman-Dynnikov، لأنه يعكس على أفضل وجه المسافة الذاتية بين أنظمة النجوم للمسافر الحقيقي (مع مراعاة التأخير، وما إلى ذلك).
2. إن اعتماد التأخير على المسافة في مخطط ليمان-دينيكوف غير خطي. في كثير من الأحيان تكون سلسلة من القفزات القصيرة أكثر فعالية من واحدة طويلة. لأن عدد كبير جدًا من القفزات القصيرة جدًا يزداد الوقت الكليالمسار نظرًا لوقت حساب المعلمات والوصول إلى موضع مناسب، عادةً ما يتم البحث عن نسبة مثالية معينة من "طول" القفزات (وفقًا للمخطط) إلى عددها.
3. الفضاء غير متجانس. يعتمد التأخير G. والوقت المطلوب لحساب المعلمات بشكل كبير على الوضع عند نقاط الدخول والخروج، وكذلك في بعض النقاط المتوسطة. يؤدي القرب المفرط من الأجسام الضخمة (بما في ذلك الكتلة المفرطة للمركبة الفضائية مع ضريبة السلع والخدمات) إلى زيادة التأخير وزيادة تعقيد الحساب. وكذلك المسافة الزائدة. عادةً ما يكون المسار الأكثر فعالية هو الذي يمر عبر الأنظمة النجمية أو العناقيد النجمية المادة المظلمةإزالتها منهم على مسافة معينة تتناسب طرديا مع الكتلة الأشياء الماديةفي هذه الأنظمة أو مجموعات المادة المظلمة. المنطقة القريبة من النظام النجمي أو عنقود المادة المظلمة الأكثر ملاءمة للغاز تسمى المنطقة، أو منطقة فايس.
4. وبناء على ما سبق يمكننا الحديث عن واحد أو أكثر مما يسمى. "الطرق الفعالة" بين النقطتين A وB - مجموعات متتالية من الطرق الرئيسية، ومتوسط ​​زمن الرحلة المتوقع من النقطة A إلى النقطة B هو الحد الأدنى من الناحية النظرية.

الاستنتاجات العملية والإحصاءات والتكهنات

يعتمد نجاح G. على العديد من العوامل. ز. يتم إجراء الحساب مع الأخذ في الاعتبار الرمز الرئيسي ومعلمات السفينة وSGP والإحداثيات الفلكية الحالية، بيئةعند نقاط الدخول والخروج، ووقت الدخول، ومتجهات سرعة السفينة عند نقاط الدخول والخروج، وما إلى ذلك. للملاحة الفعالة بأقل تأخير، من المهم الحصول على معلومات كاملة عن المساحة المحيطة، ووجود أدق أنظمة الملاحة الممكنة، والطاقة العالية لأنظمة الكمبيوتر، والقدرة على المناورة بحرية، والموقع الأكثر ملاءمة للسفينة. . ليس من الصعب الذهاب إلى G.، من الصعب الذهاب إلى حيث تريد حقًا أن تكون.