Ulottuvuudet, Universumi, Aika ja Avaruus

[Purdue]

Ulottuvuudet, Universumi, Aika ja Avaruus


Fysiikan standardikäsityksen mukaan, joka on perua Einsteinilta, me elämme 4-ulotteisessa aika-avaruudessa, jossa on kolme tilaulottuvuutta ja yksi aikaulottuvuus.

Mutta on muunlaisiakin käsityksiä. Supersäieteoriassa on 10 ulottuvuutta, ja sen modernimmassa muodossa M-teoriassa 11 ulottuvuutta. Ja on teorioita, joissa on vieläkin enemmän ulottuvuuksia! Mutta mitä nämä ulottuvuudet ovat? Onko olemassa vain yksi aikaulottuvuus? Mikä on tilaulottuvuuksien määrä? Ja millaisia ovat mahdolliset muut ulottuvuudet ominaisuuksiltaan?

Elämmekö kenties maailmankaikkeudessa, jossa on useita ulottuvuuksia joista emme ole tietoisia? Ja kuinka on esim. kvanttifysiikan laita? Selittääkö se kenties tapahtumia meidän 4-ulotteisessa aika-avaruudessamme, joiden perimmäinen syy on jossakin toisessa ulottuvuudessa? Einstein oli vahvasti kvanttifysiikan probabilistisuutta vastaan, ja ajatteli että täytyy olla teoria, jolla kvanttifysiikan kummallisuudet selittyvät luonnollisesti. Ajatellaan, että Einstein oli väärässä, mutta voisiko selitys olla jossakin toisessa ulottuvuudessa?

Ja onko meillä mitään mahdollisuuksia saada tietoa mahdollisista lisäulottuvuuksista fysikaalisten kokeiden kautta ja avulla?



Noh, tässä on lanka jossa voidaan keskustella aiheesta.


Tuossa on pohjustukseksi kaikille tiedon janoisille linkkejä aihepiiriä käsitteleviin Wikipedian artikkeleihin:

Dimension
Spacetime
Field (Physics)
Supergravity
Kaluza-Klein Theory
Superstring Theory
M-Theory

[Goswell]

Varmasti Einstein on oikeassa jossain toisessa todellisuudessa, ei tässä.

Elämme vain kolmessa ulottuvuudessa, tuokin on vain ihmisten keksimä kuvaus todellisuudesta. Kappaleella on syvyys, leveys ja korkeus, tuohon muottiin mahtuu ihan kaikki, muita ulottuvuuksia ei mahdu mihinkään eikä vähempääkään voi olla.
Kaksiulotteista taas ei voi olla koska kun poistat yhden, poistat kaikki, joten kolme on minimi ja maksimi.

Käpertyneet ulottuvuudet taas on joutavaa höpinää, nekin on kolmessa ulottuvuudessa jo mukana.

Aikaulottuvuus taas on käsittämätön pöljäys, missä on eilinen tai huominen? Ei ole kuin "olla olemassa", se ei ole ulottuvuus vaan vain ollaan olemassa, tuossa olevaisuudessa tapahtuu muutoksia siihen tahtiin kuin tapahtuu, jossakin niitä tapahtuu hyvin nopeasti, jossakin hyvin hitaasti, silti kaikki on tässä samassa olevaisuudessa.

Ugh, olen puhunut.

[Purdue]

Otetaanpa tähän ihan freesi näkökulma. Mitä oikeastaan tarkoitetaan ulottuvuudella? 4-ulotteinen suhteellisuusteoria ja 10- tai 11- ulotteinen supersäie/M-teoria tarjoilee ihan erilaisia vaihtoehtoja meille. Mutta miksi näiden ekstra ulottuvuuksien pitäisi olla tilaulottuvuuksia?

Ajatellaan neliulotteista aika-avaruutta, jota voidaan kuvata seuraavasti: x, y, z, t


Mutta voisiko tässä neliulotteisessa aika-avaruudessa esiintyviä kenttiä, kuten sähkömagneettisia kenttiä kuvata ulottuvuuksien kautta?

Ajatellaan vaikkapa sähköisiä ja magneettisia kenttiä 3-ulotteisina vektorikenttinä:

- E(x,y,z,t) Electric field

- B(x,y,z,t) Magnetic field


Jokaisessa aika-avaruuden pisteessä siis näillä kentillä E ja B on siis tietty arvo, joka määrittelee näiden kenttien vektorin arvon siinä pisteessä tietyllä hetkellä.

Kysymys kuuluu: voisiko näitä kenttävektorien arvoja siinä pisteessä pitää sähkömagneettisen kentän "ulottuvuuksina", jotka määrittelevät sen 4-ulotteisen aika-avaruuden puitteissa olevan em-kentän siinä aika-avaruuden pisteessä?

Tuo siis olisi 6-ulottuvuuksinen malli, jossa on 4-ulotteinen aika-avaruus, jonka jokaisessa pisteessä on myös E ja B ulottuvuudet!


Ja toinen kysymys: kuinka monta tällaista kenttää 4-ulotteiseen aika-avaruuteen mahtuu, ja mitkä vektorisuureet ja/tai arvot niihin liittyisivät? Olisiko tällaiset ekstra dimensiot siis sellaisia että ne liittyisivät em-kenttien lisäksi myös muihin perus vuorovaikutuksiin?


Eli pystyttäisiinkö tällaisella mallinnuksella kenties korjaamaan niitä ongelmia joita säieteoriat on kohdanneet?

Tuossa siis vain yksi hypoteettinen tapa lähestyä näitä ulottuvuuksia. Miksi ekstra ulottuvuuksien pitäisi olla joko tila tai aika ulottuvuuksia?

[Ykkösnolla]

Aikaulottuvuus taas on käsittämätön pöljäys, missä on eilinen tai huominen?

Jos omia silmiään uskoo, niin onhan ainakin menneisyys olemassa, esimerkiksi Kuu taivaalla on sellainen, kun se oli noin 1 sekunti menneisyydessä.

[Goswell]

Aikaulottuvuus taas on käsittämätön pöljäys, missä on eilinen tai huominen?

Jos omia silmiään uskoo, niin onhan ainakin menneisyys olemassa, esimerkiksi Kuu taivaalla on sellainen, kun se oli noin 1 sekunti menneisyydessä.

Viive on tietysti totta mutta se kuu on edelleen tässä samassa olevaisuudessa. Kaukaisimmat galaksit omaa valtavan viiveen, nekin on tässä olevaisuudessa, viiveen takia ne vain näyttävät kovin nuorilta. Jos pääsisit sinne silmänräpäyksessä, meidän galaksi näyttäisi kovin nuorelta sieltä katsoen ja se kaukaisin yhtä vanhalta siellä kuin tämä oma galaksi on täälä nyt. Olevaisuus ei ole aika, aika on muutos jota tapahtuu miten tapahtuu tässä olevaisuudessa, sama olevaisuus on aina oli muutos millainen tahansa.

[Märkäruuti]

Varmasti Einstein on oikeassa jossain toisessa todellisuudessa, ei tässä.

Einstein on ainakin tuossa suhteessa oikeassa juuri tässä todellisuudessa. Relativistisilla nopeuksilla sekä metrinen koordinaatisto että aika "taipuvat". Se on todettu mittauksin lukemattomia kertoja.

[Jäärä]

Varmaan nykyistä useammat ulottuvuudet voivat olla jonkun fyysikon märkä päiväuni, mutta todellisuuden näkökulmasta se jää vähän tuhnuksi. Jos sellaisia voitaisiin jotenkin todentaa, niin ei siellä mitään uusia maailmoja ole piilossa, jotain kvanttitason kytkentöjä liene olisi havaittavissa ja se antaisi jotain uutta ehkä maailmankaikkeuden syntyyn tai mustiin aukkoihin liittyen. Fyysikot näkisivät sen ehkä jonkun perusfundamentin uudelleen määrittämisenä, mutta tällaisen märkäkorvan näkökulmasta se ei toisi mitään muutosta mihinkään.

[Goswell]

Varmasti Einstein on oikeassa jossain toisessa todellisuudessa, ei tässä.

Einstein on ainakin tuossa suhteessa oikeassa juuri tässä todellisuudessa. Relativistisilla nopeuksilla sekä metrinen koordinaatisto että aika "taipuvat". Se on todettu mittauksin lukemattomia kertoja.

Toki noin tapahtuu, mutta onko sekään muutos muuta kuin vääristymää lähteen informaatiossa. Lähde olet sinä tässä esimerkissä, sinusta leviää avaruuteen informaatiota, pelkän viiveen takia sinun koko historian voi havaita ottamalla etäisyyttä sinuun, informaation lähteeseen, teoriassa.
Noin + seitsämänkymmenen valovuoden päässä näkyy kovin pieni märkäruuti.
Aletaan lähestyä sieltä kaukaa maata jossa märkäruuti elelee, lähestytään hyvin nopeasti, märkäruudin elämä menee nopeutetusti, aina samalla etäisyydellä maasta näkyy sama märkäruudin tilanne lähestymisnopeudesta tai loittonemisnopeudesta riippumatta.

Aika voi joustaa samasta syystä, informaatio hidastuu kun lähteen loittonemisnopeus kasvaa, tiedän, ei tuota kukaan suostu uskomaan koska valo uskomusten mukaan liikkuu kaikensuhteen nopeudella c, mitä se ei varnasti tee.

Laitetaan nyt ulottuvuuksistakin jotakin. Sähkömagneettiset ja gravikentät on kaikki tässä samassa ulottuvuudessa, fotonit ei vaikuta fotoneihin, kaikki sm-spektrin fotonit etenevät normaalisti ristiin rastiin häiritsemättä toisiaan, gravitaatio häiritsee noita kyllä ja samalla kaareuttaa "avaruutta".
Ts kentille ei minusta tarvita uusia ulottuvuuksia, miksi tarvittaisiin. Koko keissiä pitää pyrkiä yksinkertaistamaan, poistamaan niin paljon turhakkeita kuin mahdollista, esim aika, aika-avaruus nyt esimerkiksi.

[Purdue]

Aikaulottuvuus taas on käsittämätön pöljäys, missä on eilinen tai huominen? Ei ole kuin "olla olemassa", se ei ole ulottuvuus vaan vain ollaan olemassa, tuossa olevaisuudessa tapahtuu muutoksia siihen tahtiin kuin tapahtuu, jossakin niitä tapahtuu hyvin nopeasti, jossakin hyvin hitaasti, silti kaikki on tässä samassa olevaisuudessa.

Aika ei ole samanlainen ulottuvuus kuin ne kolme tilaulottuvuutta, mutta mä näkisin että se on silti fundamentaalinen ulottuvuus meidän maailmankaikkeudessamme.

Aika kuvaa muutosta, mutta ei mitä tahansa muutosta vaan se liittyy jotenkin atomien värähtelytaajuuteen. Näinhän jotenkin aika on esim. SI-järjestelmässä määritelty. Ja rannekellot käyvät (kyllä, myös ne analogiset) hitaammin maan pinnalla kuin avaruudessa. Eli painovoima vaikuttaa tähän.

Samoin aika liittyy liikkeeseen kun lähestytään valon nopeutta. Eri liiketilassa olevat havainnoitsijat siis kokevat ajan kuluvan eri tahtia.

Ja eilinen ja huominen on olemassa blokkiavaruudessa. Se mikä tapahtui 5 vuotta sitten meidän planeetalla on nykyhetkeä jollakin lähitähdellämme, jonne valolta menee matkatessa 5 valovuotta. Tarkoittaa siis sanoa sitä, että mennyt, nykyhetki ja tulevaisuus sekoittuu eri tavoin eri puolilla universumia.

Se mitä tapahtui 10 miljardin valovuoden päässä 10 miljardia vuotta sitten oli heidän nykyhetkensä, ja meidän tulevaisuutemme. Kun nyt näemme sen valon, niin se on meidän nykyhetkemme ja heidän menneisyytensä.

Mä miellän ajan yhdeksi universumin ulottuvuuksista, koska se ei ole absoluuttinen eikä vakio.

Ja tässä päädytään siihen ajatukseen, että mitä ylipäätään tarkoitetaan "ulottuvuuden" käsitteellä. Meillä on taipumus ajatella ulottuvuuksista 3-ulotteisen tila-analogian kautta, mutta voisiko olla niin että on olemassa muunlaisiakin ulottuvuuksia?

[Purdue]

Laitetaan nyt ulottuvuuksistakin jotakin. Sähkömagneettiset ja gravikentät on kaikki tässä samassa ulottuvuudessa, fotonit ei vaikuta fotoneihin, kaikki sm-spektrin fotonit etenevät normaalisti ristiin rastiin häiritsemättä toisiaan, gravitaatio häiritsee noita kyllä ja samalla kaareuttaa "avaruutta".
Ts kentille ei minusta tarvita uusia ulottuvuuksia, miksi tarvittaisiin. Koko keissiä pitää pyrkiä yksinkertaistamaan, poistamaan niin paljon turhakkeita kuin mahdollista, esim aika, aika-avaruus nyt esimerkiksi.

Mä olen siinä käsityksessä, että tuota säieteoriaa ja näitä lisäulottuvuuksia ruvettiin pohtimaan lähinnä sen takia, että yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttifysiikan yhtälöt yhdistettyinä ei tuota järkeviä vastauksia.

Säieteoria tarvitsee tuekseen ylimääräisiä tilaulottuvuuksia, mutta samalla siitä on se seuraus, että ne yhtälöt rupeavat toimimaan. Mutta onko säieteoriat oikeata fysiikkaa, niin siitä kiistellään, koska niitä ei ole kokeellisesti todettu.

Ja sitten noista ulottuvuuksista, niin ajatellaan vaikkapa kaksoisrakokoetta kvanttifysiikassa. Kun elektroni taikka fotoni ammutaan yksitellen ja edessä on seinämä, jossa on kaksi kapeata rakoa, ja niiden takana pienen tilan takana uusi seinä, niin se millainen kuvio siihen seinälle muodostuu riippuu siitä, että suoritetaanko mittaus vai ei.

Jos mitataan, niin ne elektronit ja fotonit kulkee hiukkasten tapaan jommasta kummasta raosta. Jos ei mitata, niin ne kulkevat ilmeisesti kummastakin raosta aallon tavoin, koska rakojen takana olevalle seinälle muodostuu interferenssikuvio.

Mä mietin tässä lähinnä, että selittyisikö tuo mysteeri lopulta kahdella ulottuvuudella?

Kun mitataan, niin elektroni tai fotoni saa hiukkasen olomuodon tässä meidän 4-ulotteisessa aika-avaruudessa. Mutta jos ei mitata, niin kulkeeko elektroni ja fotoni jossakin "aliulottuvuudessa" (subspace) aaltona noiden rakojen lävitse?


Noh, tällainen maallikko tuskin näitä mysteerejä ratkaisee, mutta onpahan mielenkiintoista pohdittavaa!

[Ykkösnolla]

Tuossa kvanttimekaniikassahan ajatellaan, että mitään ei ole, ennekuin ihminen tekee havainnon (nk. kööpenhaminalainen tulkinta). Kai se sitten koskee myös aikaa, eli sekin olisi sitten ihmisen tietoisuuden luomus. Luulisi, että tällainen hömppään vivahtava ajatus olisi fyysikoille epämiellyttävä. Mutta ehkä vaihtoehdot ovat vielä pahempia, ja siksi nostetaan ihminen erityisasemaan, ja katsotaan, että se ei sitten sen enempää kuulu fysiikkaan, tämä "havainnoin tekevä tietoisuus", ja se jätetään hömppätieteille. Itsekin olen aika lailla omaksunut tämän ajatuksen, mikä on ymmärrettävää, kun sitä minulle on opetettu herkässä iässä (15 -30 vuotiaana).

Päästän nyt kuitenkin hömpän valloilleen. Voisihan ajatella, että tuo valonnopeuden aikaviive on vain ihmisen vajavaisen tietoisuuden syytä. Voisi olla tehokkaampi tietoisuus, jolle viive olisi pienempi. Miksei vaikka 0, jolloin kaikki tieto olisi heti käytettävissä. Ei tämä nyt niin hullulta kuulosta, vetoan fyysikko Richard Feynmanin toteamukseen, että yhden alkeishiukkasen sisällä voi olla vaikka minkälaisia rakenteita - miksei siis vaikka kopioita koko maailmankaikkeudesta, sen nykyisestä, entisistä ja tulevista tiloista.

Vielä tulee mieleen, että kukaan ei koskaan kyseenalaista sitä, että tiedon saamiseen tarvitaan välittäjä, esimerkiksi emme siis näe mitään ilman silmiin tulevia fotoneita. Hiukan nyt rennompaa otetta tähänkin. Voihan maailmankaikkeuden perusrakenne olla sellainen, että mitään tällaista välittäjää ei tarvita. Kaikki tieto voisi olla heti perillä, ilman välittäjiä. Ehkä ihmisen tietoisuus toimiikin tätä ajatusta jotenkin puolitehoisesti hyödyntäen, jolloin fysiikan maailma (eli koko maailmamme kaikkine piirteineen) ja ihmisen ei-fysikaalinen tietoisuus ei vaadi mitään välittäjää. Kaunis ajatus. Puhdas.

[KultaKikkare]

Aikaulottuvuus taas on käsittämätön pöljäys, missä on eilinen tai huominen?

Jos omia silmiään uskoo, niin onhan ainakin menneisyys olemassa, esimerkiksi Kuu taivaalla on sellainen, kun se oli noin 1 sekunti menneisyydessä.

Tulevaisuuskin on olemassa, mutta se on vasta matkalla tänne.

[Märkäruuti]

valo uskomusten mukaan liikkuu kaikensuhteen nopeudella c, mitä se ei varnasti tee.

Tiedät itsekin, että jos tuon todistat, pääset kättelemään Ruotsin kunkkua.
Tuollaiset varmuudet ja varsinkin niiden julistaminen ei anna ihmisestä kovinkaan tolkullista kuvaa. Mutta uskoithan sinä kumonneesi Hawkingin säteilyn olemassaolonkin.
Suonet anteeksi, etten silti pidä sinua ainutlaatuisena fysiikan nerona, vaan paremminkin entisajan kylähulluna, joka julistaa omituisia käsityksiään totena.

[Goswell]

Aikaulottuvuus taas on käsittämätön pöljäys, missä on eilinen tai huominen? Ei ole kuin "olla olemassa", se ei ole ulottuvuus vaan vain ollaan olemassa, tuossa olevaisuudessa tapahtuu muutoksia siihen tahtiin kuin tapahtuu, jossakin niitä tapahtuu hyvin nopeasti, jossakin hyvin hitaasti, silti kaikki on tässä samassa olevaisuudessa.

Aika ei ole samanlainen ulottuvuus kuin ne kolme tilaulottuvuutta, mutta mä näkisin että se on silti fundamentaalinen ulottuvuus meidän maailmankaikkeudessamme.

Aika kuvaa muutosta, mutta ei mitä tahansa muutosta vaan se liittyy jotenkin atomien värähtelytaajuuteen. Näinhän jotenkin aika on esim. SI-järjestelmässä määritelty. Ja rannekellot käyvät (kyllä, myös ne analogiset) hitaammin maan pinnalla kuin avaruudessa. Eli painovoima vaikuttaa tähän.

Samoin aika liittyy liikkeeseen kun lähestytään valon nopeutta. Eri liiketilassa olevat havainnoitsijat siis kokevat ajan kuluvan eri tahtia.

Ja eilinen ja huominen on olemassa blokkiavaruudessa. Se mikä tapahtui 5 vuotta sitten meidän planeetalla on nykyhetkeä jollakin lähitähdellämme, jonne valolta menee matkatessa 5 valovuotta. Tarkoittaa siis sanoa sitä, että mennyt, nykyhetki ja tulevaisuus sekoittuu eri tavoin eri puolilla universumia.

Se mitä tapahtui 10 miljardin valovuoden päässä 10 miljardia vuotta sitten oli heidän nykyhetkensä, ja meidän tulevaisuutemme. Kun nyt näemme sen valon, niin se on meidän nykyhetkemme ja heidän menneisyytensä.

Mä miellän ajan yhdeksi universumin ulottuvuuksista, koska se ei ole absoluuttinen eikä vakio.

Ja tässä päädytään siihen ajatukseen, että mitä ylipäätään tarkoitetaan "ulottuvuuden" käsitteellä. Meillä on taipumus ajatella ulottuvuuksista 3-ulotteisen tila-analogian kautta, mutta voisiko olla niin että on olemassa muunlaisiakin ulottuvuuksia?

Joo ei ole samalainen, se on muutosten luomaa tavallaan illuusiota, se olevaisuus on ja pysyy. Säilymislain kautta ymmärettävä, energia on olemassa aina, se voi vain muuttaa muotoaan tiettyjen sääntöjen mukaisesti, muutos voi edetä eritavalla eri olosuhteissa.
Jos ajatellaan nykyistä käsitystä ajasta, on universaali aika on kuin joki joka virtaa, näemme yhden kohdan muuttuvan kaiken aikaa, lisäksi on jokaisella oma aika joka riippuu paikallisista olosuhteista, vaikka kello kellarissa ja talon katolla, ne käy hiukan erilalla.
Minusta tuo univeraali virtaava jokikuvaus on väärin, on vain se olevaisuus, energia on olemassa, aina, sen olomuoto muuttuu tietyissä prosesseissa, materia muuttuu energiaksi ja päinvastoin, muutosnopeus riippuu paikallisista olosuhteista mutta muutosnopeudesta huolimatta kaikki pysyy tässä olevaisuudessa. Historiasta voi päätellä muutoksen tapahtuneen, menneisyyden puut on muuttuneet kivihiileksi, sen voi polttaa tai jättää polttamatta, menneisyys on kiveen hakattu, tulevaisuuteen voi vaikuttaa, silti kaikki on tässä samassa olevaisuudessa. "Ilmaista olutta huomenna"

Tuossa kuvauksessa kaukaisista galakseista, se mikä aiheuttaa ajanilluusion on informaation vääristymät rajallisesta (ja muuttuvasta) nopeudesta johtuen, joten myös kellomme alkuräjähdyksen ollessa lähtöpiste käy samaa aikaa siellä ja täällä, siis se universaaliaika, molemmilla on se nykykäsityksen mukainen 13,8 miljardia vuotta kellossa alusta laskien, mutta paikalliset olosuhteet muuttaa kellonkäyntiä edelleen lisää, tuosta huolimatta se aika alusta on ja pysyy 13,8 miljardissa vuodessa, se aika ei siis ole ulottuvuus, koko kaikkeus on tässä ja nyt mutta muuttuen kaiken aikaa ja informaation tavasta vaikuttaa saadaan aikajana alusta tähän hetkeen, mutta jos universumia katsottaisiin jumalmoodista, näkisimme kaiken kuten se on todellisuudessa. Toki se vääristyneen informaation luoma kuvajainen universumista on meille todellisuus, mutta pitäisi yrittää nähdä sen läpi.

Muita ulottuvuuksia ei mielestäni tarvita, kvanttimaailman omituisuudet kyllä sopii näihin kolmeen tilaulottuvuuteen. Ulottuvuudet on vain ihmisen kuvaus, abstrakti viritys asioiden järkeistämiseksi, niillä ulottuvuuksilla ei ole todellista olevaisuutta, ei niin pientä eikä niin suurta etteikö ne sopisi noihin kolmeen.

[Goswell]

valo uskomusten mukaan liikkuu kaikensuhteen nopeudella c, mitä se ei varnasti tee.

Tiedät itsekin, että jos tuon todistat, pääset kättelemään Ruotsin kunkkua.
Tuollaiset varmuudet ja varsinkin niiden julistaminen ei anna ihmisestä kovinkaan tolkullista kuvaa. Mutta uskoithan sinä kumonneesi Hawkingin säteilyn olemassaolonkin.
Suonet anteeksi, etten silti pidä sinua ainutlaatuisena fysiikan nerona, vaan paremminkin entisajan kylähulluna, joka julistaa omituisia käsityksiään totena.

Kyllä minä sen ymmärrän, ei kukaan voi sitä uskoa. Suosittelen kuitenkin perehtymään ajatukseen, vaikka ajankuluksi.
Kyllähullun tittelin otan ilomielin vastaan.
Tuossa on juurikin kyse siitä että poistetaan ne vääristymät informaatiosta jota saadaan rajallisen valonnopeuden takia, se kelkkakoe kyllä selvittää ajatuksen, ei liene tarvetta toistaa sitä, se mitä nähdään ja mitataan on toinen todellisuus kuin se mitä todella tapahtuu.