В новом выпуске подкаста StarTalk знаменитый астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс обсуждают концепцию измерений — от привычной нам трехмерности до гипотетических высших пространств. Тайсон объясняет, почему время неотделимо от пространства, как существа из четвертого измерения могли бы проводить хирургические операции, не касаясь кожи пациента, и почему обычное метро можно считать реализацией идеи «летающего автомобиля».
🕒 Четвёртое измерение: почему место встречи изменить нельзя 0:00
Тайсон подчеркивает, что большинство людей интуитивно понимают важность четвертого измерения — времени, даже если не формулируют это научно. Для того чтобы два объекта или человека встретились, недостаточно просто находиться в одной точке пространства.
Основные тезисы Тайсона о пространственно-временном континууме:
- Координаты встречи: Чтобы встреча состоялась, необходимо задать три координаты в пространстве (например, конкретный адрес Starbucks) и одну координату во времени (например, полдень) .
- Мировая линия (World Line): В теории относительности пересечение координат пространства и времени называется «мировой линией» . Если люди встречаются, их мировые линии пересекаются.
- Разрыв связей: Тайсон приводит пример с грузовиком: если вы перешли дорогу за 10 минут до того, как по этому месту промчался грузовик, вы не скажете, что «чуть не погибли». Ваши пространственные координаты совпали, но временные — нет, поэтому мировые линии разошлись .
- Цифровая реальность: Во время пандемии COVID-19 сервисы вроде Zoom стали популярны именно потому, что они исключили необходимость совпадения пространственных координат. Людям достаточно было сойтись в одной временной точке, чтобы взаимодействовать виртуально .
📐 От «Флатландии» до объёмного зрения 2:54
Для объяснения того, как работают измерения, Тайсон использует классическую аналогию с плоским миром (2D).
- Первое измерение (1D): Это просто линия, где единственным значимым измерением является длина .
- Второе измерение (2D): Плоскость с осями X и Y. Двумерные существа живут на поверхности и видят друг друга только как «края» или периметры .
- Третье измерение (3D): Наш привычный мир. Мы можем смотреть на «плоский мир» сверху вниз.
Тайсон описывает парадокс «дистанционной хирургии»: если бы мы оперировали двумерное существо, нам не пришлось бы разрезать его внешнюю оболочку . С позиции третьего измерения мы видим все внутренние органы (сердце, печень, легкие) плоского существа одновременно, так как у них нет «верха» или «низа», закрывающего обзор. Мы могли бы просто «вынуть» аппендикс через третье измерение, что показалось бы жителям 2D-мира настоящей магией .
🏥 Хирургия четвёртого измерения и побег из тюрьмы 5:11
Экстраполируя эту логику, Тайсон переходит к четвертому пространственному измерению. По его мнению, существа из 4D имели бы над нами такую же власть, какую мы имеем над плоскими фигурами.
- Прозрачные тела: Для существа из четвертого измерения наше тело полностью открыто. Оно видит наши внутренности так же ясно, как мы видим рисунок на бумаге .
- Dimensional Surgery: Нил Деграсс Тайсон утверждает, что «четырехмерный хирург» мог бы оперировать человека, не делая разрезов на коже. Он бы просто извлекал или заменял органы, используя доступ через четвертое направление, которое нам недоступно .
- Побег из камеры: Как запереть существо?
- Для 2D-существа достаточно нарисовать квадрат. Оно будет считать себя запертым, но мы можем просто поднять его «вверх» в третье измерение .
- Для нас тюрьма — это шесть поверхностей (пол, потолок и четыре стены). Существо из высшего измерения могло бы просто «шагнуть в сторону» и оказаться снаружи, не ломая стен .
Тайсон также рассматривает время как инструмент для такого «побега». Если бы мы не были «узниками настоящего», мы могли бы выйти из тюрьмы, просто переместившись в тот момент времени, когда стен еще не существовало или когда нас уже освободили .
🪢 Математические парадоксы: узлы и струны 8:20
Физика и свойства материи радикально меняются при добавлении измерений. Тайсон приводит в пример теорию узлов:
- Узлы в 3D: В нашем мире узел на веревке — это физическое препятствие, которое требует распутывания.
- Узлы в 4D: С математической точки зрения, в четвертом измерении узлов на обычных струнах не существует. Если потянуть за концы веревки в 4D, любой узел просто развяжется сам собой . Это происходит потому, что у веревки появляется дополнительная степень свободы, позволяющая ей «пройти сквозь себя» без пересечения.
🚗 Летающие автомобили и «низкая планка» метро 9:15
В завершение беседы Тайсон и Чак Найс обсуждают, почему человечество так одержимо идеей летающих машин. По мнению Тайсона, единственная цель такого транспорта — использовать третье измерение (высоту), чтобы избежать пробок, которые возникают при движении в плоскости (2D) .
Однако Тайсон выдвигает ироничный тезис:
- Метро как летающий автомобиль: Поскольку метро использует третье измерение (уходя под землю), оно функционально выполняет ту же задачу, что и летающая машина — обходит трафик на поверхности .
- Эстакады и путепроводы: Тайсон считает, что обычные дорожные развязки, где одна дорога проходит над другой, уже являются использованием преимуществ третьего измерения .
Чак Найс в ответ в шутку замечает, что у Нила «очень низкая планка» для определения того, что считать летающим автомобилем . Тайсон резюмирует: мы ограничены во времени в нашем измерении, но в более высоких измерениях у нас могло бы быть «всё время мира» .
