Extra dimensions?

Dodatkowe wymiary?

When we think of dimensions we see 3D worlds known from games, films or from space observation. The coordinates are usually described as x, y, and z. Operating in three-dimensional space is simple and intuitive for us. Hermann Minkowsik and Albert Einstein showed that in addition to the dimensions of space we have another dimension - time. This means that each elementary event can be described as a place in space and time. With the development of physics, there was a big problem - we had two well-working theories - quantum mechanics describing the micro world and general relativity theory describing the macro world. But these theories are mutually exclusive. So we needed a theory combining the physics of these two worlds. Unification theories have arisen many, but many of them assume the existence of additional dimensions of space (different versions of string theory). Mathematically additional dimensions are easy to describe, we add another letter while describing the coordinates of elementary events, but how physically could those dimensions look like? This is not so easy to imagine...

---

Gdy myślimy o wymiarach do głowy przychodzą nam trzy wymiary znane z gier, filmów czy z obserwowania przestrzeni. Współrzędne wtedy oznaczamy zazwyczaj jako x, y i z. Operowanie w przestrzeni trójwymiarowej jest dla nas proste i intuicyjne. Hermann Minkowski oraz Albert Einstein pokazali, że oprócz wymiarów przestrzeni mamy jeszcze dodatkowy wymiar - czas. Oznacza to, że każdemu zdarzeniu elementarnemu można przypisać położenie w czasie oraz przestrzeni. Wraz z rozwojem fizyki powstał duży problem - mieliśmy dwie świetnie działające w pewnych rozmiarach teorie - mechanikę kwantową opisującą świat mikro oraz ogólną teorię względności opisującą świat makro. Teorie te jednak wzajemnie się wykluczają. Potrzebowaliśmy więc teorii łączącej fizykę tych dwóch światów. Teorii unifikujących powstało wiele, jednak wiele z nich zakłada istnienie dodatkowych wymiarów przestrzeni (różne wersje teorii strun). Matematycznie dodatkowe wymiary łatwo jest opisać, dodajemy po postu kolejną literkę przy opisie współrzędnych zdarzeń elementarnych, lecz jak fizycznie te wymiary mogłyby wyglądać? To już nie jest tak proste do wyobrażenia...

---

How could it look like?

Jak by to mogło wyglądać?
There are many hypotheses as additional dimensions may look like. However, we do not have a measuring device that can these hypotheses check. We have to speculate and look for analogies. On the picture above we see a cable. Observed from a distance, it looks two-dimensional. However, when we come closer we will see its three-dimensional nature. Is it possible that our additional dimensions are so small that we can not see them? According to many, this is very likely. Let's stay with the cables. Imagine an acrobat walking on a cable in the air. He can walk forward and backward in one-dimensional space. On the same cable can also move an ant, but ant has no trouble moving in any direction on the cable - it experiences more dimensions than the human because it is much smaller. So maybe the extra dimensions are so small and convoluted that they can used only by things as small as elementary particles, or even smaller - hypothetical strings?

Shadow

Imagine passing a piece of paper through a ball. Assume that the paper does not experience the third dimension because its world is two-dimensional. For a piece of paper something strange happens, on its surface it sees a circle of constantly changing size. The paper wonders - what is going on? Why does this circle change size? Is it because of a force majeure? After some time the paper comes to the conclusion that there are probably more dimensions in the world than two, and the resizing of the circle is the result of the penetration of the three-dimensional object by it. You can see the analogies to gravity and our research on additional dimensions. We know that gravity in three dimensions is incredibly weak in relation to other fundamental interactions. Maybe this is because gravity works in more dimensions than other forces?

---

Istnieje wiele hipotez, jak dodatkowe wymiary mogą wyglądać. Nie dysponujemy jednak aparaturą pomiarową, które te hipotezy może sprawdzić. Musimy więc spekulować, oddać się fantazji i poszukać analogii. Na powyższym zdjęciu widzimy kabel. Ukazany z daleka wygląda na dwuwymiarowy. Gdy jednak podejdziemy bliżej ukaże nam się jego trójwymiarowa natura. Czy jest więc możliwe, że nasze szukane dodatkowe wymiary są tak małe, że nie możemy ich zaobserwować? Zdaniem wielu jest to bardzo prawdopodobne. Zostańmy jeszcze przy kablach. Wyobraź sobie, że akrobatę, który chodzi po kablu zawieszonym w powietrzu. Może on chodzić do przodu i do tyłu, czyli w przestrzeni jednowymiarowej. Na tym samym kablu może poruszać się także mrówka, która jednak nie ma kłopotu w poruszaniu się w dowolnym kierunku na kablu, czyli doświadcza ona większej ilości wymiarów niż człowiek, bo jest znacznie mniejsza. Może więc dodatkowe wymiary są tak małe i pozawijane, że korzystać z nich mogą tylko rzeczy tak małe jak cząstki elementarne, lub jeszcze mniejsze - hipotetyczne struny?

Cień

Wyobraź sobie, że przez kartkę papieru przenika kula. Załóż, że kartka nie doświadcza trzeciego wymiaru bo jej świat jest dwuwymiarowy. Dla kartki papieru dzieje się coś dziwnego, na swojej powierzchni widzi koło o ciągle zmieniającej się wielkości. Kartka myśli - co się dzieje? Dlaczego to koło zmienia swój rozmiar? Czy stoi za tym siła wyższa? Po pewnym czasie kartka dochodzi do wniosku, że prawdopodobnie na świecie istnieje więcej wymiarów niż dwa i zmieniające rozmiar koło jest efektem przenikania obiektu trójwymiarowego przez nią. Można tu dostrzec analogie do grawitacji oraz naszego poznawania dodatkowych wymiarów. Wiemy, że grawitacja w trzech wymiarach jest niesamowicie słaba w stosunku do innych oddziaływań podstawowych. Może jest to efektem tego, że grawitacja działa w większej liczbie wymiarów niż pozostałe siły?

---