Загадка простору і часу

Питання про те, чому наш Всесвіт має три виміри простору та лише один вимір часу, вже давно хвилює науковців. Понад століття тому математик Герман Мінковський запропонував об’єднувати простір і час у єдину чотиривимірну структуру, ідею якої пізніше використав Альберт Ейнштейн у своїй теорії відносності. Однак, конкретне пояснення, чому саме три виміри простору та один часовий, залишалося відкритою проблемою.

Нова математична модель

Троє фізиків з Белградського університету розробили нову математичну теорію, яка може пояснити цю космічну особливість. Вони запропонували модель, де простір-час складається з надзвичайно малих геометричних елементів, що нагадують деталі конструктора. Для цього дослідження вони використовували чотиривимірні симплекси – складні математичні аналоги трикутників і пірамід.

Найменші елементи цієї моделі відповідали так званому планківському масштабу, який становить приблизно 10⁻³⁵ метра. Дослідники протестували три різні конфігурації, кожна з яких складалася з близько 100 тисяч таких елементів. Загалом було виконано понад 20 мільярдів математичних оцінок.

Несподівані результати моделювання

Результати моделювання виявилися доволі цікавими. За певних умов, приблизно у 85% випадків, виникала структура, що відповідає нашому Всесвіту — з трьома просторовими та одним часовим виміром.

Однак, були й інші можливі конфігурації:

• У 6% випадків утворювалася структура з чотирма просторовими вимірами, але без часового виміру.
• Приблизно у 8% випадків виникала структура з двома просторовими та двома часовими вимірами.

Особливо несподіваним стало те, що для появи одного часового виміру було достатньо елементів, які спочатку описували лише просторові відстані. Це може натякати на те, що час виникає як властивість самої геометрії, а не є фундаментальним елементом, що існує від самого початку. Цікаво, що загальна форма змодельованого Всесвіту майже не впливала на кінцеві результати.

Перспективи дослідження

Попри захопливі висновки, ця робота ще не є доказом того, чому реальний Всесвіт має саме таку кількість вимірів. Модель є спрощеною і не враховує всіх відомих фізичних законів. Крім того, за інших початкових умов, вона могла б створювати структури з кількома часовими вимірами.

Тим не менш, отримані результати відкривають новий напрям для досліджень. Можливо, простір і час виникають з квантової геометрії, а не є первинними, фундаментальними властивостями нашого Всесвіту. Це дослідження, опубліковане на платформі arXiv, наразі очікує на наукове рецензування.