Pochopte čtyřrozměrný prostor za pár minut

17. 10. 2018 9:07:15
Existuje asi jediné názorné a intuitivně přístupné přiblížení čtyřrozměrného prostoru, po kterém budeme za pár minut alespoň částečně chápat, co to znamená 4-rozměrný prostor, tedy 4D prostor. Velké D tady znamená dimenzi.

První názorné video bude zcela pochopitelné a známé. Představme si, že nežijeme v obvyklém trojrozměrném prostoru, ale pouze v prostoru dvojrozměrném, tedy rovině. Můžeme si ji představit třeba jako list papíru. Podstatné je, že vidíme jen to, co je přímo na papíru, tedy vlastně v papíru. Nevidíme nic, co je nad ním nebo pod ním.

Když takovou rovinou projde třeba koule, my ve 2D uvidíme pouze, protože nevidíme nic mimo rovinu, průnik koule s rovinou, tedy kruh. Tento kruh bude nejdříve tečkou, když se koule poprvé dotkne roviny. Pak se tento bod zvětší do kruhu (viz fialová oblast na níže přiloženém obrázku), který se bude nejdříve zvětšovat, pak zmenšovat až se opět změní v bod, který zmizí. (Aby se pohyb neustále opakoval, ťuknete si na video pravým tlačítkem myši a zvolte možnost "Smyčka".)

(Videa jsou majetkem autora článku a byla vytvořena na zakázku.)

K pochopení 4D prostoru potřebujeme už pouze jednu dimenzi navíc. Tedy si představíme, že žijeme v pro nás obvyklém 3D prostoru a ne ve 2D rovině. A tímto prostorem necháme procházet 4D kouli, tedy vlastně čtyřrozměrnou nadkouli.

Místo fialového 2D kruhu, který se bude zvětšovat a pak zmenšovat, uvidíme 3D průnik, tedy kouli. A opět uvidíme nejdříve fialový bod, který se změní v postupně se zvětšující a pak zase zmenšující se (fialovou) kouli. Nakonec to bude bod, který zmizí. Pak můžeme říci, že jsme z 3D prostoru viděli průchod 4D nadkoule. Viz další video níže.

Pro srovnání si můžeme pustit oba děje současně. Vlevo prochází 3D koule 2D prostorem a vytváří v něm měnící se 2D kruh. Vpravo prochází 4D nadkoule 3D prostorem a vytváří v něm měnící se 3D kouli.

A proč vykládáme 4D prostor? Jde o to, že speciální teorie relativity (stejně jako obecná) nejde vyložit bez použití 4D prostoru, i když v teorii relativity to není tento obvyklý Euklidovský prostor, který jsme v ukázkách předvedli a na který jsem v přirozeném životě zvyklí. V teorii relativity to je hyperbolický pseudoeuklidovský prostor(očas).

Není to zřejmě ale 4D časoprostor, jak se to klasicky vykládá, ale je to pouze 4D prostor. Více se můžete dovědět v blogu Proč neexistuje časoprostor. Možná je také jeho hyperbolicita jen jevová, což je ale zatím jen hypotéza. Zmíněný blog je, uznávám, poněkud obtížnější. Chcete-li ale za chvilku pochopit základní myšlenku teorie relativity, zkuste otevřít blog Pochopte základní ideu Einsteinovy teorie relativity za pár minut.

Autor: Jan Fikáček | středa 17.10.2018 9:07 | karma článku: 43.75 | přečteno: 5175x

Další články blogera

Jan Fikáček

Padá pírko stejně rychle jako kus železa? Jak kde.

Když současně pustíme železnou kouli a pírko, dopadne koule dříve. Jeden nádherný a přímo geniálně prostý pokus odlišuje dva faktory, které tady působí. A může si jej vyzkoušet každý. Stačí mít doma dva skládací deštníky.

7.10.2019 v 9:07 | Karma článku: 33.85 | Přečteno: 1271 | Diskuse

Jan Fikáček

Proč v matematice nekonečno existuje a v realitě nikoliv

Vyjde-li v nějaké fyzikální rovnici nekonečno, a​ť už jsou to nekonečně malé rozměry, nekonečné síly nebo cokoliv jiného, fyzici ví, že tam dotyčná rovnice už neplatí. V realitě nekonečno zřejmě neexistuje. Ale co v matematice?

1.10.2019 v 9:08 | Karma článku: 40.52 | Přečteno: 2161 | Diskuse

Jan Fikáček

Kam směřuje(me) čas?

Chceme-li znázornit běh času, časovou osu, jak to uděláme? Většina lidí nakreslí šipku zleva doprava, jiní ale znázorní běh času opačně, někteří šipkou shora dolů. Zní to dost tajemně, ale má to poměrně velmi logický důvod.

23.9.2019 v 9:03 | Karma článku: 40.40 | Přečteno: 1955 | Diskuse

Jan Fikáček

Nevědecké pohádky moderní vědy I - nekonečno

Fyzika se dostává extrémně daleko od našeho přirozeného světa, a tím se ocitá v oblasti záhad, které je hodně těžké pochopit. Nejednou si s nimi neporadí i ti největší géniové. Pak je ale velmi důležité vyloučit prosté chyby.

16.9.2019 v 9:07 | Karma článku: 41.78 | Přečteno: 2259 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Mýty kolem jaderné energetiky - problémy s jódem

V dalším díle seriálu “mýtů” se budu zabývat jódovými tabletami. Podle aktivistů jich není dost nebo nejsou uloženy tam, kde by být měly. Je to zbytečná panika? A jsou takové tablety vůbec potřeba? (délka blogu 5 min.)

14.10.2019 v 8:00 | Karma článku: 20.40 | Přečteno: 288 | Diskuse

Ladislav Jílek

Omyl nebo falzifikace? Olga Lepešinská

Vzpomínám si, že někdy v padesátých létech nám učitelka ve škole při hodině biologie říkala, že v Sovětském svazu se prý podařilo vyrobit živou hmotu.

13.10.2019 v 17:31 | Karma článku: 19.09 | Přečteno: 447 | Diskuse

Libor Čermák

Může mít prastarý symbol H archeoastronautický původ?

Zarazilo vás někdy, že v dávnověkých památkách se často objevuje symbol písmene "H"? Všiml jsem si totiž jistou souvislost s moderní kosmonautikou. Mohlo tady něco takového být už před tisíci lety?

13.10.2019 v 7:29 | Karma článku: 15.38 | Přečteno: 389 |

Dana Tenzler

Zdá se nám to, nebo vane vítr opravdu nejčastěji ze západu?

Proč se vyplatí chránit jednu stěnu domu před deštěm víc, než ty ostatní? Na vině je... jako tak často... fyzika. (délka blogu 5 min.)

10.10.2019 v 8:00 | Karma článku: 27.77 | Přečteno: 744 | Diskuse

Jan Řeháček

Matykání: vítejte ve varieté

Vektorové prostory jsou pro vybudování pojmu dimenze optimálním prostředím, ale mají jednu nevýhodu. Zdaleka ne vše kolem nás je "rovné". Aby mohli matematici propašovat dimenzi do zakřivených prostranství, vymysleli si "varietu".

9.10.2019 v 9:09 | Karma článku: 16.07 | Přečteno: 363 | Diskuse
Počet článků 155 Celková karma 41.28 Průměrná čtenost 2632

Vystudoval chemii, kybernetiku a teorii systémů (interdisciplinární studia) a považuje se za obecně uvažujícího člověka někde na pomezí mezi přírodními vědami a filosofií. Roky vyučoval filosofii fyziky a virtuální reality na PřF a MFF UK v Praze (a v té době odmítal tituly jako Doc. nebo CSc.). Nyní PhD student filosofie teoretické fyziky. Pracoval jako evropský expert pro "Future and Emerging Technologies". V letech 1991-7 byl předsedou společnosti Mensa ČRVíce informací zde.

Chcete-li sledovat diskuse v jeho skupině, připojte se do Vědecké filosofie & Fyziky (nejen). jan@fikacek.cz
 
Upozornění: Toto je popularizační blog pro veřejnost, neberte ho tedy jako vědeckou dizertační práci. :-) Autor má zde uváděné základní myšlenky většinou propracované do hloubky, do blogu pro veřejnost však není vhodné uvádět příliš složité formulace. Autora ale baví komunikovat s veřejností, proto tato forma s někdy expresivním vyjadřováním, přehnané nadpisy, které k popularizaci asi patří. Některé blogy jsou však čistá věda, ba dokonce mainstream, některé (asi většina) jsou kritické úvahy snažící se formulovat nové nápady, některé jsou opravdu jen sci-fi nebo spíše sci-sci-fi.

P.S.: Komentáře, které budou řešit autora, ne (jen) obsah blogu, budou bez varování smazány. :-) 

Najdete na iDNES.cz