kun joku mainitsee ”eri ulottuvuudet”, meillä on taipumus ajatella asioita kuten rinnakkaisuniversumeja – vaihtoehtoisia todellisuuksia, jotka ovat olemassa rinnakkain omamme kanssa, mutta joissa asiat toimivat tai tapahtuivat eri tavalla. Ulottuvuuksien todellisuus ja se, miten ne vaikuttavat universumimme järjestykseen, on kuitenkin todellisuudessa aivan eri asia kuin tämä suosittu Luonnehdinta.
sen purkamiseksi ulottuvuudet ovat yksinkertaisesti todellisuuden eri puolia. Olemme välittömästi tietoisia kolmesta ulottuvuudesta, jotka ympäröivät meitä päivittäin – niistä, jotka määrittelevät universumiemme kaikkien kohteiden pituuden, leveyden ja syvyyden (X -, y-ja z-akselit).
näiden kolmen näkyvän ulottuvuuden lisäksi tutkijat uskovat, että niitä voi olla paljon enemmän. Itse asiassa superstring-teorian teoreettinen viitekehys esittää, että kaikkeus on olemassa kymmenessä eri ulottuvuudessa. Nämä eri aspektit hallitsevat maailmankaikkeutta, luonnon perusvoimia ja kaikkia sen sisältämiä alkeishiukkasia.
ensimmäinen ulottuvuus, kuten jo todettiin, on se, joka antaa sille pituuden (aka. x-akseli). Hyvä kuvaus yksiulotteisesta kohteesta on suora viiva, joka on olemassa vain pituuden suhteen eikä sillä ole muita havaittavia ominaisuuksia. Kun siihen lisätään toinen ulottuvuus, y-akseli (tai korkeus), saadaan objekti, josta tulee 2-ulotteinen muoto (kuten neliö).
kolmas ulottuvuus käsittää syvyyden (z-akseli), ja antaa kaikille kohteille pinta-alan ja poikkileikkauksen. Täydellinen esimerkki tästä on kuutio, joka on olemassa kolmessa ulottuvuudessa ja jolla on pituus, leveys, syvyys ja siten tilavuus. Näiden kolmen takana ovat seitsemän ulottuvuutta, jotka eivät ole meille heti ilmeisiä, mutta joiden voidaan silti kuvitella vaikuttavan suoraan universumiin ja todellisuuteen sellaisena kuin me sen tunnemme.
tutkijat uskovat, että neljäs ulottuvuus on aika, joka hallitsee kaiken tunnetun aineen ominaisuuksia missä tahansa kohdassa. Kolmen muun ulottuvuuden ohella on oleellista tietää, mikä on kappaleiden sijainti ajassa, jotta voidaan suunnitella niiden sijainti maailmankaikkeudessa. Muissa ulottuvuuksissa syvemmät mahdollisuudet astuvat kuvaan, ja niiden vuorovaikutuksen selittäminen muiden kanssa on se, missä asiat käyvät erityisen hankaliksi fyysikoille.
Superstring-teorian mukaan viidennestä ja kuudennesta ulottuvuudesta syntyy käsitys mahdollisista maailmoista. Jos näkisimme viidenteen ulottuvuuteen asti, näkisimme hieman omastamme poikkeavan maailman, joka antaisi meille keinon mitata samankaltaisuutta ja eroja maailmamme ja muiden mahdollisten maailmojen välillä.
kuudennessa näkisimme mahdollisten maailmojen tason, jossa voisimme vertailla ja sijoittaa kaikki mahdolliset universumit, jotka alkavat samoilla lähtöehdoilla kuin tämä (eli alkuräjähdys). Teoriassa, jos hallitsisit viidennen ja kuudennen ulottuvuuden, voisit matkustaa ajassa taaksepäin tai mennä eri tulevaisuuteen.
seitsemännessä ulottuvuudessa on pääsy mahdollisiin maailmoihin, jotka alkavat erilaisin lähtöehdoin. Siinä missä viidennessä ja kuudennessa alkuehdot olivat samat ja myöhemmät toimet erilaisia, tässä kaikki on erilaista aivan aikojen alusta. Kahdeksas ulottuvuus taas antaa meille tason tällaisia mahdollisia maailmankaikkeuden historia, joista jokainen alkaa eri alkuehdot ja haarautuu ulos äärettömästi (siksi niitä kutsutaan infinities).
yhdeksännessä ulottuvuudessa voidaan vertailla kaikkia mahdollisia universumihistorioita alkaen kaikista fysiikan ja alkuolosuhteiden mahdollisista laeista. Kymmenennessä ja viimeisessä ulottuvuudessa olemme siinä pisteessä, jossa kaikki mahdollinen ja kuviteltavissa oleva on katettu. Tämän lisäksi me vaatimattomat kuolevaiset emme voi kuvitella mitään, mikä tekee siitä luonnollisen rajoituksen sille, mitä voimme käsittää ulottuvuuksina.
näiden kuuden lisäulottuvuuden olemassaolo, joita emme pysty hahmottamaan, on säieteorian kannalta välttämätöntä, jotta ne olisivat luonteeltaan johdonmukaisia. Se, että voimme havaita vain neljä avaruuden ulottuvuutta, voidaan selittää jommallakummalla kahdesta mekanismista: joko lisäulottuvuudet tiivistyvät hyvin pienessä mittakaavassa, tai muuten maailmamme saattaa elää braania vastaavalla 3-ulotteisella submanifoldilla, johon kaikki tunnetut hiukkaset painovoiman lisäksi rajoittuisivat (aka. braaniteoria).
jos lisäulottuvuudet ovat kompaktifioituja, kuuden lisäulottuvuuden on oltava Calabi-Yau-moniston muodossa (kuva yllä). Vaikka aistimme ovat huomaamattomia, ne olisivat hallinneet kaikkeuden muodostumista alusta asti. Siksi tiedemiehet uskovat, että kun he katsovat ajassa taaksepäin ja käyttävät kaukoputkia havainnoidakseen valoa varhaisesta maailmankaikkeudesta (so.miljardeja vuosia sitten), he saattavat kyetä näkemään, miten näiden lisäulottuvuuksien olemassaolo on voinut vaikuttaa kosmoksen kehitykseen.
aivan kuten muutkin suuren yhdistävän teorian ehdokkaat – eli kaiken teorian (Toe) – usko siihen, että maailmankaikkeus koostuu kymmenestä ulottuvuudesta (tai useammasta riippuen siitä, mitä säieteorian mallia käytät), on yritys sovittaa yhteen hiukkasfysiikan standardimalli painovoiman olemassaoloon. Lyhyesti sanottuna se on yritys selittää, miten kaikki tunnetut voimat universumissamme vuorovaikuttavat keskenään ja miten muut mahdolliset universumit itse voisivat toimia.
lisätietoja: tässä on artikkeli universumista tänään rinnakkaisuniversumeista, ja toinen artikkeli rinnakkaisuniversumista tiedemiehet luulivat löytäneensä sellaista, jota ei todellisuudessa ole olemassa.
verkossa on myös muita suuria resursseja. On hieno video, joka selittää kymmenen ulottuvuutta yksityiskohtaisesti. Voit myös katsoa PBS verkkosivuilla TV-show Elegant universe. Siinä on hieno sivu kymmenestä ulottuvuudesta.
Voit myös kuunnella tähtitiedettä. Jakso 137 universumin suuren mittakaavan rakenne saattaa olla mielenkiintoinen.