Есть ли 4 измерение. Как выглядело бы четвертое пространственное измерение? Где искать четвёртое измерение

Рассмотрим обычное трёх мерное пространство, в котором мы живём. Мы прекрасно понимаем, что такое точка, прямая и плоскость в этом пространстве. Пересечение двух плоскостей дает нам прямую, пересечение двух прямых - точку. Каждую точку в этом пространстве можно описать тремя координатами: (x, y, z). Первая координата обычно обозначает длину , вторая - ширину , третья - высоту данной точки относительно точки начала координат. Все это легко можно проиллюстрировать и представить.

Однако четырёхмерное пространство не такое уж простое. Любую точку в этом пространстве теперь можно описать четырьмя координатами: (x, y, z, t), где добавляется новая координата t, которую в физике часто называют временем . Под этим подразумевается, что помимо длины, ширины и высоты точки указывается и её положение по времени, т. е. где она находится: в прошлом, в настоящем или в будущем.

Но отойдём от физики. Оказывается, что математически в этом пространстве добавляется новый аксиоматический объект, именуемый гиперплоскостью . Её условно можно представить как одно целое "трехмерное пространство". По аналогии в трехмерном пространстве, пересечение двух гиперплоскостей дает нам плоскость . Различные комбинации этой штуки с четырёхмерными фигурами дают нам неожиданные результаты. Например, в трехмерном пространстве пересечение плоскости с шаром дает нам круг. По этой аналогии в четырехмерном пространстве пересечение четырехмерного шара с гиперплоскостью дает нам трёхмерный шар. Становится очевидно, что практически невозможно мысленно представить и нарисовать четырёхмерное пространство: биологически наши органы чувств приспособлены лишь к трёхмерному случаю и ниже. Поэтому четырёхмерное пространство чётко можно описать только математическим языком, в основном с помощью действий с координатами точек.

Однако менее точно его кое-как можно описать и другим языком. Рассмотрим концепцию параллельных миров: помимо нашего мира "существуют" и другие миры, в котором некоторые события шли иначе. Обозначим наш мир через букву А, а некий другой мир - через букву Б. С точки зрения четырёхмерного пространства можно сказать, что мир А и мир Б - разные "трёхмерные пространства", которые оказываются не пересекающимися. Это и есть параллельные гиперплоскости . И их бесконечно много. Если случается так, что если в определены момент времени в мире А "дедушка умер", а в мире Б "дедушка все ещё жив", то миры А и Б пересекаются по некоторой четырехмерной фигуре, в которой все события шли одинаково до некоторого момента времени, а потом фигура как бы "разделилась" на непересекающиеся трехмерные части, в каждой из которой описывается состояние дедушки, жив он или нет. Это можно было бы описать в двумерном формате: была одна прямая, которая потом разделилась на две непересекающиеся линии.

Текущий этап эволюции человечества характеризуется отсутствием у подавляющего большинства людей способности к восприятию четырёхмерного мира – «второго зрения», – а также неразвитостью более совершенного, чем интеллект, аспекта сознания – интуиции.

Раскрытие и последующее развитие нового (шестого) органа чувств – будущее человека новой (шестой) расы. Пока же человечество проходит переходный период на пути к новым возможностям, что подтверждается появлением так называемых экстрасенсов.

В связи с этим, лишь незначительная часть населения планеты имеет опыт взаимодействия с миром высших измерений. Большинство же современных людей, живущих в реально многомерном мире, по-прежнему воспринимает и осознаёт лишь самую примитивную его часть – трёхмерный физический мир.

Данное обстоятельство благоприятствует измышлению различных фантастических образов, приписываемых мирам бóльшей размерности. Это, в свою очередь, находит отражение не только в произведениях фантастов, но и в науке.

Примерами таких научных фантазий могут служить 4D-континуум, тёмная материя, кротовые норы, тессеракты, симплексы, суперструны, браны... За этим безудержным вымыслом учёных стоит полная непригодность трёхмерного математического аппарата для понимания и описания многомерных пространств.

ЗАМЕЧАНИЕ. То, что в математике называется «многомерными» пространствами, не имеет никакого отношения к реальности, поскольку в них не учитываются такие свойства подлинно многомерных пространств, как материальность и проницаемость; пространство наделяется непространственными свойствами, а свойство протяжённости вопреки здравому смыслу распространяется за пределы трёх измерений.

3D-иллюзии о многомерности

Главной бедой математики является то, что она больше тяготеет к ортодоксальным верованиям, чем к науке, поскольку построена не на обновляемых знаниях о мире, а на Неприкосновенных Священных Догматах , поколебать которые не в состоянии ни абсурд, ни парадоксы, ни научные открытия, ни череда кризисов, ни тысячелетия борьбы с догматизмом.

Ниже перечислим лишь часть самых одиозных Догматов (и их следствия), что делают познание многомерной структуры окружающего нас мира с помощью ТАКОЙ математики принципиально невозможным .

В математике якобы реально существуют пространства с размерностью меньше трёх; при этом 0D-«пространство» – это точка, 1D-«пространство» – линия, 2D-«пространство» – поверхность ;
Размер математической точки равен нулю, но она якобы существует;
Якобы реально существует пустое пространство – «пространство» безразмерной точки;
Размеры тел необъяснимым образом определяются суммой размеров безразмерных точек;
Из нулевого размера точки следует также её нематериальность;
Из нематериальности точки (0D-«пространства») вытекает нематериальность любого пространства;
Из нематериальности пространства следует непризнание пространства атрибутом (неотъемлемым свойством) материи;
Из непонимания неразрывной связи между пространством и материей вытекает самое нелепое заблуждение, допускающее «перенос» 3D-сущностей в пространства высших измерений:
во-первых, потому, что 3D-объекты уже содержат в себе материю всех высших измерений, то есть уже доступны всем высшим пространственным сущностям;
во-вторых, полная принадлежность к пространству высшей размерности требует полной ликвидации низшей 3D-материальной оболочки, что равносильно смерти в 3D-мире.
Следствием предыдущих заблуждений является отсутствие в математике понятия «пространственная среда»;
Из непонимания несопоставимости свойств материи разных измерений следует абсурдность требования ортогональности пространственных «осей», операции сложения векторов и нахождения скалярных сумм для совокупности разноразмерных пространств.
Последнее заблуждение проявляется, в частности, в попытке суммировать вектор скорости 4D-света с вектором скорости его 3D-источника, двигающегося в ином пространстве;
Ярким свидетельством полного непонимания математиками сути многомерности является повсеместное отождествление многокомпонентных 3D-векторов (х 1 , х 2 , х 3 , ... х n) с якобы многомерными математическими конструкциями.
Покажем это на примере вектора свойств 3D-куска сахара со следующими векторными компонентами: длина х 1 ; ширина х 2 ; высота х 3 ; вес х 4 ; цвет х 5 ; вкус х 6 ; срок изготовления х 7 . В терминах математики получим 7-ми «мерный» (!) вектор. Однако пространственных измерений в этой 7-ми компонентной конструкции будет только три.
Данный пример позволяет также легко понять, что обычное трёхмерное пространство, выдаваемое в релятивизме за 4D-пространство-время Минковского не имеет к четвёртому пространственному измерению ни малейшего отношения.

По выше названным и другим причинам, практически, все известные на сегодняшний день попытки смоделировать 4D-пространство средствами трёхмерной математики являются ничем иным, как 3D-фантазиями на недоступную для догматического мышления тему многомерности.

Где искать четвёртое измерение

Итак, если все перечисленные выше попытки научного понимания многомерных пространств являются не более, чем science fiction, то возникает несколько резонных вопросов:

Где же в таком случае скрывается хотя бы самое близкое к нам настоящее 4D-пространство?
И существует ли оно вообще?
А если существует, то почему же мы его не видим?

Прежде всего, следует сказать, что четырёхмерное пространство – это такая же реальность, как и наблюдаемое нами трёхмерное пространство.

На вопрос «Тогда почему мы его не видим?» проще всего ответить другим вопросом: «А почему никого не смущает то, что мы не видим содержимое компьютерных дисков, электричество, радиоволны, радиацию, свою ауру, чужие мысли»? Даже привидения удаётся увидеть только на фотоснимках.

Сложнее будет понять ответ на вопрос: «Где находится четырёхмерное пространство»?

Тем не менее, правильный ответ таков: «Мы все находимся внутри 4D-пространства; оно не только окружает нас, оно окружает и наполняет нас и всю 3D-Вселенную, включая космическое пространство и пространство внутри атомов; при этом нуклоны образованы частицами 4D-материи».

Материя четырёхмерного пространства называется физическим эфиром , в современной физике, чаще всего, – физическим вакуумом.

Согласно одной из гипотез частица эфира (амер) представляет собой электронно-позитронную пару. Таким образом, в невозбуждённом состоянии амер, как и атом, электрически нейтрален, но в отличии от атома он не содержит ядра.

Безъядерная 4D-эфирная материя играет роль посредника (прослойки) между атомарными 3D-физическим и 5D-астральным мирами:

частица эфира приблизительно на 8 порядков тоньше физического атома;
астральный атом приблизительно на 8 порядков тоньше эфирной частицы;
относительно физического атома астральный атом тоньше на 16 порядков.

На атомарном уровне структурирования материи различие в 8 порядков означает переход к новому измерению:

3D-физический атом ≈ 10 -8 см;
4D-частица эфира ≈ 10 -16 см;
5D-астральный атом ≈ 10 -24 см.

В реальном мире количественное изменение размеров материи в пределах одного измерения (для атомов одной размерности) периодически сопровождается диалектическими скачкообразными переходами к новым качественным уровням, например:

физический атом → физическое тело → физическое небесное тело...;
астральный атом → астральное тело → астральная планета и так далее.

Математика же, игнорируя закон перехода количественных изменений в качественные и другие фундаментальные законы Мироздания , плодит лишь иллюзорно-мистические домыслы о многомерности, основанные исключительно на количественном , непрерывном и линейном наращивании размеров материи от несуществующего нуля до воображаемой бесконечности.

В этом математическом беззаконии заключена ещё одна причина научных фантазий о многомерных мирах и пространствах.

Упомянутая выше гипотеза многомерной организации Вселенной хорошо согласуется с наблюдениями и повседневным опытом, данными экстрасенсов и результатами экспериментов, а также со сведениями из Восточных духовных практик, оккультных, теософских и эзотерических источников.

Свойства четвёртого измерения

Пытаясь представить свойства гипотетического 4D-пространства, нельзя подменять здравый смысл трёхмерными математическими догмами. В противном случае нас ждут неприятные сюрпризы.

Возможна ли 4-я ортогональная ось?

У большинства из нас трёхмерное пространство ассоциируется с тремя осями декартовой системы координат. Поэтому многие с готовностью (не утруждая себя сомнениями и размышлениями) соглашаются с ничем не обоснованным догматом ортогональности N координатных осей для пространства N измерений.

При этом почему-то совершенно забывается простейшая мысль: «Ведь если "что-то" мы не можем даже представить, то есть мысленно создать соответствующий образ, значит это "что-то" не существует в принципе»!

Математики объясняют факт не понимания нами полёта их многомерных фантазий ограниченностью наших мыслительных способностей, поскольку, мол, окружающий нас мир трёхмерен. Однако на самом деле все разговоры об ограниченности нашего воображения – заведомая ложь, так как из 7-ми мерной материи мысли человек может с лёгкостью конструировать, как минимум, 6-ти мерные образы.

Это означает только одно: математики вполне могли бы пояснить нам свои «многомерные видения», конечно, если бы в тех была хоть капля реальности. Пока же мы все обречены поклоняться догмату «четвёртой ортогональной оси», не имея даже малейших разъяснений по поводу её построения.

Таким образом, очередной ложный догмат «четырёх перпендикуляров» к одной точке оборачивается ещё одним камнем преткновения на пути к пониманию реального многомерного мира.

Что измеряют измерения?

Почему пространственных измерений именно три, не больше и не меньше? Очевидно, потому, что атом, а с ним и вся остальная материя имеет строго три пространственные характеристики: длину, ширину и высоту.

Что же характеризуют эти три характеристики пространства? Конечно же, протяжённость материальных объектов в трёх возможных направлениях: вперёд↔назад, влево↔вправо, вверх↔вниз.

Можно ли указать ещё какие-то дополнительные характеристики протяжённости? Нет! Здравый смысл категорически отказывается от таких фантазий. Характеристик протяжённости можно представить только три для материи любой размерности.

Есть ли у материи другие свойства, кроме протяжённости? Разумеется, есть: цвет, вязкость, температура... Но пространственное свойство у трёхмерной материи только одно – протяжённость.

Возможно, 4D-материя обладает дополнительным пространственным свойством? Именно так! 4D-амер в силу его «тонкости» имеет по отношению к 3D-атому дополнительное пространственное свойство – проницаемость . В работе четвёртое измерение пространства названо «глубиной ».

По мнению автора оба термина нельзя признать удачными. Термин «проницаемость» может быть ошибочно приписан 3D-материи, так как она проницаема для материи всех высших измерений. Термин «глубина» совпадает с терминологией Евклида для характеристики совсем иного свойства (протяжённости) тела.

В этой связи, более предпочтительным представляется термин «вложенность », точнее передающий суть погружения высших пространств реального мира в низшие. Продемонстрируем сочетание пространственных характеристик протяжённости и вложенности на примере 5D-пространства :

три характеристики протяжённости (вперёд↔назад, влево↔вправо, вверх↔вниз);
две характеристики вложенности (в↔из 3D-пространства, в↔из 4D-пространства).

Понятно, что 7D-пространство будет иметь всё те же три характеристики протяжённости, а характеристик вложенности будет уже на две больше, то есть четыре, а в целом – 3+4 – семь.

Нетрудно видеть, что приведенная трактовка многомерности реального мира исключает ортогональность направлений протяжённости с направлениями вложенности, а последних ещё и между собой. Это позволяет прекратить домыслы на тему множественной ортогональности для многомерных пространств.

Что во что вложено?

Огромное количество публикаций повествует нам о том, что умозрительное двухмерное «пространство» вложено в трёхмерное. Чаще всего в качестве примера 2D-«пространства» приводится лист книги. Ну, а затем делается «гениальное» заключение о вложенности уже реального 3D-пространства в пространство четырёх измерений и далее аналогичным образом. В результате, на свет появляются фантастические псевдо-многомерные конструкции в виде тессерактов, симплексов и прочих псевдо-гипер-многогранников.

Апеллировать здесь к здравому смыслу совершенно бесполезно, потому что вся царица наук построена на незыблемой вере в реальность «пространств» с размерностью меньше трёх. Поэтому для разоблачения подобных манипуляций с лже-пространствами, возьмём на заметку два имевших место принципиально важных момента :

Низшее пространство в примере с книгой мысленно «вкладывалось» в высшее, то есть в пространство с бóльшим числом измерений;
Все фигурирующие в примере пространства наполнены материей одного типа , то есть трёхмерным веществом бумаги.

Если теперь от религиозных догм математики перейти к примерам из реальной жизни, то мы увидим, что 4D-электрон вкладывается в 3D-атом, 4D-радиоволна вкладывается в 3D-радиоприёмник. При этом всё происходит строго наоборот, ранее взятым на заметку моментам:

В реальной жизни высшее пространство вкладывается в низшее;
Материя реальных пространств разной размерности различна.

Если бы мы действовали в соответствии с правилами математики из первого примера, то оказалось бы, что атом может быть вложен в электрон, а радиоприёмник – в радиоволну, что, безусловно, является абсурдом, как и математические «пространства» с размерностью меньше трёх.

Выводы

Понимание многомерных пространств в рамках современной (трёхмерной) математики принципиально невозможно.
Для исследования многомерных пространств необходима разработка нового раздела «Многомерной математики».
Выход математики из кризиса невозможен без отказа от многотысячелетнего догматизма в пользу пересматриваемой научной парадигмы.

Литература

Микиша А. М., Орлов В. Б. Толковый математический словарь: Основные термины. – М.: Рус. яз., 1989. – 244 с.
Пространство Минковского: Материал из Википедии. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Пространство_Минковского
Александр Котлин. Как понять четырёхмерное пространство? –
Александр Котлин. Космические октавы – ключ к новому пониманию Мира. –
Александр Котлин. Основы математики – беззаконие в кубе. – 27.02.2014. –
Блаватская Е. П. Тайная доктрина: Синтез науки, религии и философии. Том 1: Космогенезис. – Л.: Экополис и культура, 1991. – 361 с.
Николай Уранов. Нести радость. Фрагменты писем. 1965-1981. – Рига: Мир Огненный, 1998. – 477 с.
Начала Евклида. Книги XI-XV. Перевод с греческого и комментарии Д. Д. Мордухай-Болтовского при участии М. Я. Выгодского и И. Н. Веселовского. – Гос. изд-во технико-теоретич. лит-ры, М.-Л.: 1950. – 335 с.
Александр Котлин. Как понять 10-ти мерное пространство? –

» мы коснёмся широко известной проблемы числа измерений в целом и перехода в них в частности. Мы постараемся рассмотреть этот вопрос не с традиционно мистической точки зрения, а с точки зрения практической (с помощью практических упражнений и обучающих видео).

Переход в четвёртое измерение интересовал людей очень и очень давно. Однако до сих пор существует две группы взглядов, которые по-разному относятся к четвёртому измерению. Одна из групп — это пространственное четвёртое измерение, а вторая — это временно е четвёртое измерение.

Пространственное четвёртое измерение очень хорошо проиллюстрировано в одном из выпусков журнала Трамвай, где была опубликована статья про четырёхмерную мышь (если что — она называется «Мышь ЧЕ-ТЫ-РЁХ-МЕР-НАЯ» и прочесть её можно здесь http://tramwaj.narod.ru/Archive/LJ_archive_2.htm). Там проводилась такая аналогия: для жителей одного измерения (линия) любые двухмерные существа будут восприниматься лишь как компоненты одного измерения. Всё, что выходит за рамки этого измерения, не будет замечено (ибо нечем смотреть).

Точно так же, жители двухмерного пространства (плоскости) могут увидеть жителей трёхмерного пространства лишь в качестве их двухмерных отпечатков-проекций. Им попросту нечем увидеть третье измерение. То есть, если бы человек попал в это двухмерное пространство, то в лучшем случае местные обитатели плоскости знакомились с отпечатками его подошв. А в худшем — поперечным срезом 🙂

Аналогично жители третьего измерения (то есть, мы с вами) могут увидеть четырёхмерных существ лишь как их трёхмерные проекции. То есть, обычные тела, имеющие длину, ширину и высоту.

Более высокое измерение имеет по отношению к более низкому измерению одно важное преимущество: существа из более высоких измерений могут нарушать законы физики более низких измерений. Так, если в двухмерной вселенной, на плоскости, посадить жителя в тюрьму, то он не сможет выбраться из неё, окружённый со всех двух сторон (поскольку измерений только два) стенами. Но если посадить в такую тюрьму трёхмерное существо (вернее, лишь его проекцию), то оно с лёгкостью выходит из двух измерений, скажем, вверх — и оказывается вне двухмерной тюрьмы.

Точно такие же плюшки доступны четырёхмерным существам в нашей трёхмерной вселенной. Согласитесь, всё это звучит очень заманчиво, мистично, и при овладении четвёртым измерением обещает принести массу бонусов типа подглядывания в женских раздевалках 🙂 Возможно, именно поэтому среди требований к переходящим в это измерение есть высокая этичность.

Но не будем углубляться в мистичные дебри — ведь мы обещали практику, а не мистику. Для этого обобщим. Так, одно обычное измерение перпендикулярно другому и третьему, образуя всем знакомые оси координат:

Тогда как по этой логике четвёртое пространственное измерение должно быть перпендикулярно этим трём.

Переход в четвёртое пространственное измерение осуществляется с помощью развития особого органа восприятия этого измерения. Обычно этот орган называется «третий глаз». Поскольку под этим словосочетанием что только не понимается, его мы использовать не будем. Тем более что четвёртое пространственное измерение воспринимается отнюдь не глазами. В качестве совета по развитию органа восприятия четвёртого пространственного измерения мы приведём упражнение из книги П.Д. Успенского (ученик Гурджиева, если что) «TERTIUM ORGANUM» (третий орган, если перевести):

Тренируйтесь видеть (для начала — в воображении) объёмные фигуры (кубы, пирамиды, сферы и т.д.) сразу со всех сторон.

Вот такое вот простое описание к сложному упражнению. Надеемся, всё понятно: обычно мы можем видеть максимум 3 стороны куба. А надо представить себе куб так, как если бы мы его видели со всех шести сторон сразу. Головоломка, да? 🙂

Для того, чтобы получить больше массы о четвёртом пространственном измерении, вы можете воспользоваться этими видео:

Первая часть видео про четвёртое измерение:

Вторая часть видео про четвёртое измерение

Рассмотрев практическую тренировку для перехода в пространственное четвёртое измерение, рассмотрим ещё один момент. Как это ни странно, четвёртое (а также пятое, шестое … одиннадцатое) пространственные измерения — отнюдь не пустой звук. По крайней мере, в свете последних достижений теории суперструн.

Так, для того, чтобы законы физики одинаково работали и на микро-, и на макроуровнях (от уровня, в тысячи раз меньшего, чем размеры молекулы, до межгалактических расстояний), в формулах необходимо наличие одиннадцати пространственных измерений. Три из этих измерений развёрнуты, а остальные — свёрнутые, и именно поэтому мы их не воспринимаем. Хотя колебания составляющих субатомных частиц очень даже зависят от этих свёрнутых измерений.

К сожалению, древние маги про эти свёрнутые измерения даже не подозревали, поэтому переход в эти свёрнутые измерения остаётся пока что совершенно оккультным, то есть тайным. Ибо если кто и придумал, как это делать, то не сказал как.

Сейчас самое время перейти к четвёртому измерению с точки зрения времени. Этот подход широко разработан физиками, так что особо рассказывать здесь нечего. Единственное кажущееся отличие временно го измерения в том, что по нему нельзя двигаться назад, как по трём пространственным. Лишь вперёд. Однако, это не совсем так — и именно этот нюанс даёт ключ к переходу в четвёртое временно е измерение.

Мало того, если для того, чтобы воспринять четвёртое пространственное измерение, нужно тренировать особый орган, для работы с четвёртым временны м измерением орган уже есть. И мало того, с помощью этого органа люди могут двигаться по этому измерению как назад, в прошлое, так и вперёд, в будущее.

Вы уже догадались, что это за штука такая, позволяющая путешествовать во времени?

Совершенно верно, это человеческий ум.

Следовательно, переход в четвёртое временно е измерение — это лишь образное выражение. Мы все и так находимся в этом четвёртом временно м измерении. Однако не все одинаково. Есть люди, которые помнят лишь вчерашний день и не заглядывают дальше завтрашнего. Их четвёртое измерение мизерно, а жизнь тяжела (хотя со стороны может казаться весёлой и беззаботной).

И, наоборот, существуют люди, которые в состоянии заглянуть далеко-далеко в прошлое, сравнить полученные данные с наблюдениями из настоящего и сделать практические выводы как про ближайшее, так и про отдалённое будущее. Как видите, эти люди овладели четвёртым измерением в очень значительной мере. В результате жизнь таких людей намного более стабильна, спокойна и счастлива.

Поэтому стоит вопрос не в переходе во временно е четвёртое измерение, а в углублении этого измерения. Ну а для этого нужно тренировать свой ум. Как это делать? Да очень просто. Главное, чтобы отрабатывалась основная деятельность ума: сравнивать данные из прошлого с данными из настоящего и делать правильные выводы. Ну а методов существует просто громадное количество.

Ещё один нюанс — это данные, которые использует ум для работы. Ведь если данные поступают на обработку ошибочные (из прошлого или из настоящего), то и выводы будут ошибочными. И тогда получится не четвёртое измерение, а фигня какая-то.

Почему бывают ошибочными полученные данные из прошлого и настоящего? Всё очень просто: потому что это неверно оцененные данные вследствие болезненного опыта. Пример: человека покусала собака, и теперь всегда, когда он видит собак, то получает данные не о их реальных намерениях или виде, а глюк из прошлого, связанный с болью. Следовательно, выводы на будущее (например «все собаки опасны») будут ложными. А четвёртое измерение — с червоточинкой.

Как избежать таких ошибок? Естественно, правильно оценив данные, полученные при наличии боли, столкновении или потере. Как это сделать? Этих способов намного меньше, чем способов совершенствования мышления. Но они есть, и вы сможете при желании их найти 🙂

Таким образом, переход в четвёртое измерение зависит от того, куда вы хотите перейти.

Удачных переходов!

Если что — пишите в комментарии!

Перевод

Наверняка вам известно, что планеты движутся вокруг солнца по эллиптическим орбитам. Но почему? На самом деле, они двигаются по окружностям в четырёхмерном пространстве. А если спроецировать эти окружности на трёхмерное пространство, они превращаются в эллипсы.

На рисунке плоскость обозначает 2 из 3 измерений нашего пространства. Вертикальное направление – это четвёртое измерение. Планета движется по кругу в четырёхмерном пространстве, а её «тень» в трёхмерном движется по эллипсу.

Что же это за 4-е измерение? Оно похоже на время, но это не совсем время. Это такое особенное время, которое течёт со скоростью, обратно пропорциональной расстоянию между планетой и солнцем. И относительно этого времени планета двигается с постоянной скоростью по кругу в 4 измерениях. А в обычном времени его тень в трёх измерениях двигается быстрее, когда она находится ближе к солнцу.

Звучит странно – но это просто необычный способ представления обычной ньютоновской физики. Этот способ известен по крайней мере с 1980 года благодаря работе математического физика Юргена Мозера. А я узнал об этом, получив на email работу за авторством Джеспера Горансона под названием «Симметрии в задаче Кеплера» (8 марта 2015).

Самое интересное в этой работе – такой подход объясняет один интересный факт. Если взять любую эллиптическую орбиту, и повернуть её в 4-мерном пространстве, то мы получим другую допустимую орбиту.

Конечно, можно вращать эллиптическую орбиту вокруг солнца и в обычном пространстве, получая допустимую орбиту. Интересно то, что это можно делать в 4-мерном пространстве, например, заужая или расширяя эллипс.

В общем случае любую эллиптическую орбиту можно превратить в любую другую. Все орбиты с одинаковой энергией – это круговые орбиты на одной и той же сфере в 4-мерном пространстве.

Задача Кеплера

Допустим, у нас есть частица, которая двигается по закону обратных квадратов. Уравнением её движения будет

Где r - позиция как функция времени, r - расстояние от центра, m – масса, а k определяет силу. Отсюда можно вывести закон сохранения энергии

Для некоей константы E, зависящей от орбиты, но не меняющейся со временем. Если эта сила будет притяжением, то k > 0, а на эллиптической орбите E < 0. Будем звать частицу планетой. Планета двигается вокруг солнца, которое настолько тяжело, что его колебаниями можно пренебречь.

Будем исследовать орбиты с одной энергией E. Поэтому единицы массы, длины и времени можно принять любыми. Положим

M = 1, k = 1, E = -1/2

Это избавит нас от лишних букв. Теперь уравнение движения выглядит как

А закон сохранения говорит

Теперь, следуя идее Мозера, перейдём от обычного времени к новому. Назовём его s и потребуем, чтобы

Такое время идёт медленнее по мере удаления от солнца. Поэтому скорость планеты по удалению от солнца увеличивается. Это компенсирует тенденцию планет двигаться по мере удаления от солнца более медленно в обычном времени.

Теперь перепишем закон сохранения при помощи нового времени. Поскольку для производных по обычному времени я использовал точку, давайте будем использовать штрих для производных по времени s. Тогда к примеру:

Используя такую производную, Горансон показывает, что сохранение энергии можно записать в виде

А это ни что иное, как уравнение четырёхмерной сферы. Доказательство будет позже. Сейчас поговорим о том, что это для нас значит. Для этого нам надо совместить меж собой координату обычного времени t и пространственные координаты (x,y,z). Точка

Двигается в четырёхмерном пространстве по мере изменения параметра s. То есть, скорость этой точки, а именно

Двигается по четырёхмерной сфере. Это сфера радиуса 1 с центром в точке

Дополнительные расчёты показывают другие интересные факты:

T""" = -(t" - 1)

Это обычные уравнения гармонического осциллятора, но с дополнительной производной. Доказательство будет позже, а пока подумаем, что это значит. Словами это можно описать так: 4-мерная скорость v совершает простые гармонические колебания вокруг точки (1,0,0,0).

Но так как v в то же время остаётся на сфере с центром в этой точки, то можно заключить, что v двигается с постоянной скоростью по кругу на этой сфере. А это подразумевает, что среднее значение пространственных компонент 4-мерной скорости равно 0, а среднее t равно 1.

Первая часть понятна: наша планета в среднем не улетает от Солнца, поэтому её средняя скорость равна нулю. Вторая часть посложнее: обычное время t движется вперёд со средней скоростью 1 относительно нового времени s, но скорость его изменения колеблется синусоидально.

Проинтегрировав обе части

Мы получим

a . Уравнение говорит, что позиция r гармонически осциллирует вокруг точки a . Поскольку a не меняется со временем, это сохраняющаяся величина. Это называется вектором Лапласа-Рунге-Ленца.

Часто люди начинают с закона обратных квадратов, показывают, что угловой момент и вектор Лапласа-Рунге-Ленца сохраняются, и используют эти сохраняющиеся величины и теорему Нётер, чтобы показать наличие 6-мерной группы симметрий. Для решений с отрицательной энергией это превращается в группу поворотов в 4 измерениях, SO(4). Поработав ещё немного, можно увидеть, как задача Кеплера сопряжена с гармоническим осциллятором в 4 измерениях. Это делается через репараметризацию времени.

Мне больше понравился подход Гораснона, потому что он начинается с репараметризации времени. Это позволяет эффективно показать, что эллиптическая орбита планеты – это проекция круговой орбиты в четырёхмерном пространстве на трёхмерное. Таким образом становится очевидна 4-мерная вращательная симметрия.

Горансон переносит этот подход на закон обратных квадратов в n-мерном пространстве. Получается, что эллиптические орбиты в n измерениях – это проекции круговых орбит из n+1 измерений.

Он также применяет этот подход для орбит с положительной энергией, которые представляют собой гиперболы, и для орбит с нулевой энергией (параболы). У гипербол получается симметрия групп Лоренца, а у парабол – симметрия групп Евклида. Это известный факт, однако примечательно, как просто он выводится с помощью нового подхода.

Математические детали

Из-за обилия уравнений я поставлю вокруг важных уравнений рамки. Основные уравнения – сохранение энергии, сила и изменение переменных, которые дают:

Начинаем с сохранения энергии:

Затем используем

Чтобы получить

Немного алгебры – и получаем

Это показывает, что 4-мерная скорость

Остаётся на сфере единичного радиуса с центром в (1,0,0,0).

Следующий шаг – взять уравнение движения

И переписать его, используя штрихи (производные по s), а не точки (производные по t). Начинаем с

И дифференцируем, чтобы получить

Теперь используем другое уравнение для

И получаем

Теперь хорошо бы получить формулу и для r"". Сначала посчитаем

А затем продифференцируем

Подключим формулу для r", кое-что сократится, и мы получим

Вспомним, что закон сохранения говорит

А мы знаем, что t" = r. Поэтому,

Получаем

Поскольку t" = r, то получается

Как нам и нужно.

Теперь получим сходную формулу для r""" . Начнём с

И продиффиренцируем

Подключим формулы для r"" и r"" ". Кое-что сокращается, и остаётся

Проинтегрируем обе части и получаем

Для некоего постоянного вектора a . Это значит, что r гармонически осциллирует относительно a . Занятно, что и вектор r и его норма r осциллируют гармонически.

Квантовая версия планетарной орбиты – атом водорода. Всё, что мы посчитали, можно использовать и в квантовой версии. Подробности см. у Greg Egan,