Hiperprzestrzeń (fizyka)

Badacze różnych hipotez dodatkowych wymiarów – w kolejnych wierszach Gunnar Nordström, Oskar Klein, Richard Kerner i Edward Witten

Hiperprzestrzeń – hipotetyczna postać czasoprzestrzeni zawierająca więcej niż cztery wymiary.

Hipotezy hiperprzestrzeni przeważnie zawierały dodatkowe wymiary przestrzeni, pozostawiając jeden wymiar czasowy; były elementami różnych teorii fizycznych XX wieku:

• w 1914 roku Gunnar Nordström połączył swoją teorię grawitacji z elektrodynamiką Maxwella, wprowadzając dodatkowy, czwarty wymiar przestrzenny^[1]; jego teorię sfalsyfikowały obserwacje astronomiczne z 1919 roku, potwierdzające ogólną teorię względności (OTW) Alberta Einsteina;
• w 1920 roku Theodor Kaluza rozszerzył OTW w podobny sposób, tworząc teorię Kaluzy-Kleina. Część nazwy pochodzi od Oskara Kleina, który znalazł sposób na pogodzenie tej teorii z obserwacjami. Zapostulował, że dodatkowy wymiar przestrzeni jest skompaktyfikowany (zwinięty) do bardzo małych rozmiarów;
• w latach 60. Richard Kerner wykazał, że 11-wymiarowa modyfikacja teorii Kaluzy-Kleina wyjaśnia także oddziaływania jądrowe^[1];
• w latach 70. teoria strun została sformułowana jako model wszystkich oddziaływań. Jej pierwotna, bozonowa wersja, była 26-wymiarowa; połączono ją z supersymetrią, tworząc teorie superstrun, zawierające 10 wymiarów;
• w latach 90. Edward Witten znalazł dualności między wszystkimi pięcioma teoriami superstrun oraz 11-wymiarową supergrawitacją, proponując 11-wymiarową M-teorię. W 2023 roku hipoteza ta pozostaje nierozstrzygnięta.

Ideę dodatkowych wymiarów krytykował Roger Penrose, odwołując się do dwóch powodów^[2]:

• twierdził, że prowadzą one do grawitacyjnej niestabilności;
• przychylał się do teorii twistorów, którą trudno pogodzić z dodatkowymi wymiarami.

• Michio Kaku, Hiperprzestrzeń: naukowa podróż przez wszechświaty równoległe, pętle czasowe i dziesiąty wymiar, Prószyński i S-ka, Warszawa 1995, ISBN 83-86669-52-7.

Nagrania na YouTube (ang.) [dostęp 2023-06-23]:

• Extra Dimensions, kanał Sixty Symbols prowadzony przez University of Nottingham, 1 grudnia 2009;
• Don Lincoln, Big Mysteries: Extra Dimensions, kanał Fermilabu, 11 czerwca 2014;
• Are there Extra Dimensions? | Episode 406 (ang.), kanał Closer to Truth, 9 stycznia 2021 – seria wywiadów na ten temat z fizykami; goszczą Lawrence Krauss, Michio Kaku, David Gross, Nima Arkani-Hamed, Juan Maldacena i Roger Penrose;
• Sabine Hossenfelder, Does the Universe have Higher Dimensions? Part 2, kanał autorski, 17 kwietnia 2021.