Fisika kuantum - pengukuran. Kontak virtual planiverse dengan dunia dua dimensi

Apa yang dikenal dengan Laboratorium Nanoptik dan Plasmonik? Jika kita coba mendeskripsikan aktivitasnya dalam satu kalimat, maka di balik nanooptik dan plasmonik terdapat biosensor, nanolaser, sumber foton tunggal, metasurface, dan bahkan material dua dimensi. Laboratorium bekerja sama dengan universitas dan pusat penelitian banyak negara dan benua. Di antara mitra-mitra Rusia kami dapat menyoroti kelompok-kelompok dari Universitas Negeri Moskow, Skoltech dan Universitas ITMO. Laboratorium berencana tidak hanya riset ilmiah dan pengembangan, tetapi juga komersialisasinya, serta penyelenggaraan konferensi skala besar pertama di Rusia mengenai material dua dimensi.

Kepala laboratorium adalah Valentin Volkov, profesor tamu dari Universitas Southern Denmark di Aalborg. Laboratorium ini diselenggarakan pada tahun 2008 atas prakarsa Anatoly Gladun dan Vladimir Leiman, profesor dari Departemen Fisika Umum MIPT, dan lulusan Fisika Sergei Bozhevolny dan Alexander Tishchenko memiliki pengaruh besar dalam pembentukannya. Dia sekarang menjadi bagian dari Pusat Fotonik dan Material Dua Dimensi di Sekolah Fisika Dasar dan Terapan Fisika dan Teknologi.

« Kami mengambil pendekatan yang telah berhasil dengan baik dalam praktiknya di beberapa bidang penelitian dan mentransfernya ke bidang penelitian baru. Misalnya, kami mengambil tembaga, yang telah terbukti baik dalam bidang elektronik, menggabungkannya dengan bahan dua dimensi dan dielektrik, dan ternyata dengan bantuannya dalam nanooptik Anda dapat melakukan semua yang telah dilakukan sebelumnya, tetapi jauh lebih baik dan lebih murah.", - berpendapat Valentin Volkov.

Kepala laboratorium Valentin Volkov

Laboratorium berhubungan dengan teori dan eksperimen. Ia memiliki peralatan paling modern untuk penelitian jarak dekat - mikroskop optik jarak dekat bukaan dan non-bukaan. Mereka memungkinkan untuk mempelajari distribusi medan elektromagnetik di sepanjang permukaan sampel berukuran mikro dan nano pada jarak yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya, dengan resolusi spasial hingga 10 nm. Berbagai instrumen mulai dari spektral ellipsometry hingga spektroskopi Raman digunakan untuk menganalisis bahan dan sampel. Studi eksperimental disertai dengan studi teoritis dan simulasi numerik. Objek penelitian juga diproduksi langsung di laboratorium dan Pusat Pemanfaatan Kolektif MIPT.

Banyak perhatian di laboratorium diberikan pada penggunaan bahan nano dalam optik. Semuanya dimulai dengan graphene dan karbon nanotube (bersama dengan rekan-rekan dari Jepang dan Amerika Serikat), dan sekarang mereka bekerja dengan senyawa berbasis logam transisi dichalcogenides, tellurene dan germanium. Baru tahun ini, para ilmuwan meluncurkan fasilitas sintesis CVD bahan dua dimensi. Laboratorium dengan tegas tidak setuju dengan pernyataan umum di Rusia bahwa bahan dua dimensi hanyalah sebuah mode, dan menganggapnya sebagai bahan bangunan utama untuk nanofotonik, dan juga setuju dengan kata-kata Andrei Geim bahwa 50 tahun ke depan tidak akan cukup untuk pelajari mereka. Menurut Fabio Pulizzi, pemimpin redaksi Nature Nanotechnology, yang baru-baru ini mengunjungi laboratorium, 30% publikasi di jurnalnya adalah karya yang sampai tingkat tertentu berkaitan dengan materi dua dimensi. Persaingan di sini sangat tinggi, namun inilah yang dibutuhkan di Phystech.

Biosensor dan graphene

Salah satu bidang penting laboratorium adalah biosensor yang sangat sensitif untuk farmakologi dan diagnostik medis. Ini berhubungan langsung dengan plasmonik - yang sedang kita bicarakan tentang biosensor plasmonik - namun di sinilah biologi berperan. Jenis pekerjaan ini memerlukan kualifikasi lain.

« Rekan-rekan saya secara khusus mempelajari biologi dan kimia untuk memulai tugas sulit ini dengan latar belakang baru. Biologi dan kimia berintegrasi dengan baik dengan minat kita pada penggunaan praktis bahan dua dimensi"- kata Valentin Volkov.

Pencapaian laboratorium baru-baru ini adalah pembuatan chip biosensor graphene untuk biosensor komersial berdasarkan resonansi plasmon permukaan. Chip yang dikembangkan menunjukkan sensitivitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan yang disajikan saat ini chip sensor di pasaran. Peningkatan sensitivitas dicapai dengan mengganti lapisan penghubung standar dengan graphene (atau graphene oksida), yang ditandai dengan rekor luas permukaan. Keuntungan tambahan dari pengembangan ini adalah penggunaan tembaga sebagai logam plasmonik sebagai pengganti emas, yang merupakan standar untuk chip tersebut, yang telah mengurangi biayanya secara signifikan, terutama karena kompatibilitas tembaga dengan proses teknologi standar.

Sumber foton tunggal dan nanolaser

Laboratorium ini juga melakukan penelitian tentang pembuatan sumber cahaya foton tunggal yang dipompa secara elektrik - perangkat yang memancarkan foton tunggal saat ditransmisikan. arus listrik. Transisi ke teknologi foton tunggal tidak hanya akan meningkatkan efisiensi energi perangkat pemrosesan dan transmisi informasi yang ada lebih dari seribu kali lipat, tetapi juga akan membuka jalan bagi penciptaan berbagai perangkat kuantum. Tugas terkait lainnya di bidang ini adalah penciptaan sumber radiasi optik koheren yang beroperasi pada suhu kamar dari sumber daya mini, yang ukurannya hanya ratusan nanometer. Perangkat kompak seperti ini banyak diminati di bidang optogenetika, kedokteran, dan elektronik.

Konferensi di Sochi, robot di Denmark

Tahun ini, Valentin Volkov akan mengadakan sesi tentang material dua dimensi di Konferensi Internasional Ketiga “Metamaterials and Nanophotonics” (METANANO-2018). Konferensi ini akan dihadiri oleh para ilmuwan – pemimpin di bidangnya, dan akan dibuka oleh lulusan Fakultas Filsafat Filsafat (1982) dan Pemenang Nobel Andrey Geim. Staf laboratorium juga memiliki tujuan yang lebih ambisius - mengadakan konferensi tahunan berskala besar tentang material dua dimensi di Rusia.

Musim panas ini, mahasiswa laboratorium akan magang di perusahaan Denmark Newtec, yang telah berkolaborasi dengan laboratorium tersebut selama beberapa tahun. Perusahaan ini tidak berhubungan langsung dengan sains - perusahaan ini mengembangkan dan memproduksi kompleks robot berteknologi tinggi untuk menyortir sayuran dan buah-buahan - namun, perusahaan ini memiliki departemen penelitian yang sangat kuat, termasuk kompleks laboratorium untuk mempelajari bahan dua dimensi. Perusahaan ini menggunakan graphene untuk membuat kamera hiperspektral untuk diagnostik kecepatan tinggi pada sayuran dan buah-buahan yang disortir. Penelitian bersama dengan Denmark tidak hanya membantu laboratorium menguasai teknologi dan pendekatan baru untuk bekerja dengan material dua dimensi, tetapi juga memungkinkan kita untuk melihat dunia penelitian dan pengembangan dari sudut yang sangat berbeda. Hal ini tidak dapat dipelajari di universitas.

Ini sudah menjadi topik keempat. Relawan juga diminta untuk tidak melupakan topik apa saja yang ingin mereka liput, atau mungkin ada yang baru saja memilih topik dari daftar. Saya bertanggung jawab untuk memposting ulang dan mempromosikan di jejaring sosial. Dan sekarang topik kita: “teori string”

Anda mungkin pernah mendengar yang paling populer teori ilmiah zaman kita - teori string - menyiratkan keberadaan lebih banyak dimensi daripada yang dikatakan akal sehat.

Masalah terbesar bagi fisikawan teoretis adalah bagaimana menggabungkan semua interaksi fundamental (gravitasi, elektromagnetik, lemah dan kuat) menjadi teori terpadu. Teori superstring diklaim sebagai Teori Segalanya.

Namun ternyata jumlah dimensi paling tepat yang diperlukan agar teori ini dapat berfungsi adalah sebanyak sepuluh (sembilan di antaranya bersifat spasial, dan satu bersifat temporal)! Jika ada lebih banyak atau lebih sedikit dimensi, persamaan matematika memberikan hasil irasional hingga tak terhingga - sebuah singularitas.

Tahap selanjutnya dalam pengembangan teori superstring - teori M - telah menghitung sebelas dimensi. Dan versi lainnya - teori F - semuanya ada dua belas. Dan ini sama sekali bukan suatu komplikasi. Teori F mendeskripsikan ruang 12 dimensi dengan persamaan yang lebih sederhana dibandingkan teori M yang menjelaskan ruang 11 dimensi.

Tentu saja, fisika teoretis tidak disebut teoretis tanpa alasan. Segala prestasinya selama ini hanya ada di atas kertas. Jadi, untuk menjelaskan mengapa kita hanya bisa bergerak dalam ruang tiga dimensi, para ilmuwan mulai membahas tentang bagaimana sisa dimensi malang tersebut harus menyusut menjadi bola kompak pada tingkat kuantum. Tepatnya, bukan ke dalam bola, melainkan ke dalam ruang Calabi-Yau. Ini adalah sosok tiga dimensi, di dalamnya terdapat dunianya sendiri dengan dimensinya sendiri. Proyeksi dua dimensi dari manifold tersebut terlihat seperti ini:

Lebih dari 470 juta angka seperti itu diketahui. Yang mana di antara mereka yang sesuai dengan realitas kita saat ini sedang dihitung. Tidak mudah untuk menjadi ahli fisika teoretis.

Ya, ini tampaknya agak dibuat-buat. Tapi mungkin ini menjelaskan alasannya dunia kuantum sangat berbeda dengan apa yang kita rasakan.

Mari kita kembali sedikit ke dalam sejarah

Pada tahun 1968, seorang ahli fisika teoretis muda, Gabriele Veneziano, meneliti banyak karakteristik gaya nuklir kuat yang diamati secara eksperimental. Veneziano yang saat itu bekerja di CERN, European Accelerator Laboratory di Jenewa, Swiss, mengerjakan masalah ini selama beberapa tahun hingga suatu saat ia mendapatkan wawasan yang cemerlang. Yang sangat mengejutkannya, ia menyadari bahwa rumus matematika eksotik, yang ditemukan sekitar dua ratus tahun sebelumnya oleh ahli matematika Swiss terkenal Leonhard Euler untuk tujuan matematika murni – yang disebut fungsi beta Euler – tampaknya mampu menggambarkan dalam satu gerakan semua banyak hal. sifat partikel yang terlibat dalam interaksi nuklir kuat. Properti yang diperhatikan oleh Veneziano memberikan deskripsi matematis yang kuat tentang banyak fitur interaksi kuat; hal ini memicu banyak pekerjaan di mana fungsi beta dan berbagai generalisasinya digunakan untuk menggambarkan sejumlah besar data yang dikumpulkan dari studi tumbukan partikel di seluruh dunia. Namun, di dalam arti tertentu Pengamatan Veneziano tidak lengkap. Seperti rumus hafalan yang digunakan oleh siswa yang tidak memahami arti atau maknanya, fungsi beta Euler berfungsi, tetapi tidak ada yang mengerti alasannya. Itu adalah rumus yang membutuhkan penjelasan.

Gabriele Veneziano

Hal ini berubah pada tahun 1970, ketika Yoichiro Nambu dari Universitas Chicago, Holger Nielsen dari Niels Bohr Institute, dan Leonard Susskind dari Universitas Stanford mampu menemukan makna fisik di balik rumus Euler. Para fisikawan ini menunjukkan bahwa ketika partikel elementer diwakili oleh string satu dimensi kecil yang bergetar, interaksi kuat partikel-partikel ini dijelaskan dengan tepat oleh fungsi Euler. Jika segmen string cukup kecil, para peneliti ini beralasan, segmen tersebut akan tetap tampak seperti partikel titik, dan oleh karena itu tidak akan bertentangan dengan pengamatan eksperimental. Meskipun teori ini sederhana dan menarik secara intuitif, deskripsi string tentang gaya kuat segera terbukti memiliki kelemahan. Pada awal tahun 1970-an. Fisikawan berenergi tinggi telah mampu mengintip lebih dalam ke dunia subatom dan telah menunjukkan bahwa sejumlah prediksi model berbasis string bertentangan langsung dengan hasil observasi. Pada saat yang sama, terdapat perkembangan paralel dari teori medan kuantum—kromodinamika kuantum—yang menggunakan model titik partikel. Keberhasilan teori ini dalam menggambarkan interaksi kuat menyebabkan ditinggalkannya teori string.
Kebanyakan fisikawan partikel percaya bahwa teori string telah dibuang ke tempat sampah selamanya, namun sejumlah peneliti tetap setia pada teori tersebut. Schwartz, misalnya, merasa bahwa “struktur matematika teori string begitu indah dan memiliki begitu banyak sifat menakjubkan sehingga pasti menunjuk pada sesuatu yang lebih dalam” 2 ). Salah satu masalah yang dihadapi fisikawan dengan teori string adalah teori tersebut tampaknya memberikan terlalu banyak pilihan, sehingga membingungkan. Beberapa konfigurasi string getar dalam teori ini memiliki sifat yang menyerupai sifat gluon, sehingga memberikan alasan untuk menganggapnya sebagai teori interaksi kuat. Namun, selain itu, ia mengandung partikel pembawa interaksi tambahan yang tidak ada hubungannya dengan manifestasi eksperimental interaksi kuat. Pada tahun 1974, Schwartz dan Joel Scherk dari École Technique Supérieure Perancis membuat proposal berani yang mengubah kelemahan ini menjadi keuntungan. Setelah mempelajari mode getaran aneh dari string yang menyerupai partikel pembawa, mereka menyadari bahwa sifat-sifat ini sangat mirip dengan sifat hipotetis partikel pembawa interaksi gravitasi - graviton. Meskipun "partikel sangat kecil" dari interaksi gravitasi ini belum terdeteksi, para ahli teori dapat dengan yakin memprediksi beberapa sifat dasar yang seharusnya dimiliki partikel-partikel ini. Sherk dan Schwartz menemukan bahwa karakteristik ini diwujudkan dengan tepat untuk beberapa mode getaran. Berdasarkan hal ini, mereka berpendapat bahwa kemunculan teori string yang pertama gagal karena fisikawan terlalu mempersempit cakupannya. Sherk dan Schwartz mengumumkan bahwa teori string bukan sekadar teori gaya kuat, melainkan teori kuantum, yang antara lain mencakup gravitasi).

Komunitas fisika bereaksi terhadap saran ini dengan sangat hati-hati. Faktanya, menurut memoar Schwartz, “pekerjaan kami diabaikan oleh semua orang” 4). Jalur kemajuan telah sepenuhnya berantakan karena banyaknya upaya yang gagal untuk menggabungkan gravitasi dan mekanika kuantum. Teori string telah gagal dalam upaya awalnya untuk menggambarkan kekuatan yang kuat, dan tampaknya tidak ada gunanya bagi banyak orang untuk mencoba menggunakannya untuk mencapai tujuan yang lebih besar. Penelitian selanjutnya yang lebih rinci dilakukan pada akhir tahun 1970an dan awal tahun 1980an. menunjukkan bahwa teori string dan mekanika kuantum memiliki kontradiksinya sendiri, meskipun lebih kecil. Tampaknya gaya gravitasi kembali mampu menahan upaya untuk mengintegrasikannya ke dalam gambaran alam semesta pada tingkat mikroskopis.
Itu terjadi hingga tahun 1984. Dalam sebuah makalah penting yang merangkum lebih dari satu dekade penelitian intensif yang sebagian besar telah diabaikan atau ditolak oleh sebagian besar fisikawan, Green dan Schwartz menetapkan bahwa ketidakkonsistenan kecil dengan teori kuantum yang melanda teori string dapat dibiarkan. Selain itu, mereka menunjukkan bahwa teori yang dihasilkan cukup luas untuk mencakup keempat jenis gaya dan semua jenis materi. Berita tentang hasil ini menyebar ke seluruh komunitas fisika, dengan ratusan fisikawan partikel berhenti mengerjakan proyek mereka untuk mengambil bagian dalam serangan yang tampaknya merupakan pertempuran teoretis terakhir dalam serangan selama berabad-abad terhadap fondasi terdalam alam semesta.
Kesuksesan Word of Green dan Schwartz akhirnya menjangkau bahkan mahasiswa pascasarjana tahun pertama, dan kesuraman sebelumnya digantikan oleh rasa partisipasi yang menarik dalam titik balik dalam sejarah fisika. Banyak dari kita yang begadang hingga larut malam, mempelajari banyak sekali teori fisika dan matematika abstrak yang penting untuk memahami teori string.

Jika Anda mempercayai para ilmuwan, maka kita sendiri dan segala sesuatu di sekitar kita terdiri dari objek mikro terlipat misterius yang jumlahnya tak terbatas.
Periode 1984 hingga 1986 sekarang dikenal sebagai "revolusi pertama dalam teori superstring". Selama periode ini, lebih dari seribu makalah tentang teori string ditulis oleh fisikawan di seluruh dunia. Karya-karya ini secara meyakinkan menunjukkan bahwa banyak sifat model standar, yang ditemukan melalui penelitian yang melelahkan selama puluhan tahun, mengalir secara alami dari sistem teori string yang luar biasa. Seperti yang dikatakan Michael Green, “Saat Anda diperkenalkan dengan teori string dan menyadari bahwa hampir semua kemajuan besar dalam fisika abad terakhir telah mengalir—dan mengalir dengan begitu anggun—dari titik awal yang sederhana, dengan jelas menunjukkan betapa luar biasa kekuatan teori ini.”5 Terlebih lagi, untuk sebagian besar sifat-sifat ini, seperti yang akan kita lihat di bawah, teori string memberikan deskripsi yang jauh lebih lengkap dan memuaskan dibandingkan model standar. Pencapaian ini telah meyakinkan banyak fisikawan bahwa teori string dapat memenuhi janjinya dan menjadi teori pemersatu yang terakhir.

Proyeksi dua dimensi dari manifold Calabi-Yau tiga dimensi. Proyeksi ini memberikan gambaran betapa rumitnya dimensi tambahan tersebut.

Namun, dalam perjalanannya, fisikawan yang mengerjakan teori string berulang kali menemui kendala serius. Dalam fisika teoretis, kita sering kali harus berhadapan dengan persamaan yang terlalu rumit untuk dipahami atau sulit dipecahkan. Biasanya dalam situasi seperti ini, fisikawan tidak menyerah dan mencoba mendapatkan solusi perkiraan untuk persamaan tersebut. Situasi dalam teori string jauh lebih rumit. Bahkan penurunan persamaan itu sendiri ternyata begitu rumit sehingga sejauh ini hanya diperoleh bentuk perkiraan saja. Jadi, fisikawan yang bekerja dalam teori string menemukan diri mereka dalam situasi di mana mereka harus mencari solusi perkiraan untuk persamaan perkiraan. Setelah beberapa tahun luar biasa kemajuan yang dicapai selama revolusi pertama teori superstring, fisikawan dihadapkan pada kenyataan bahwa persamaan perkiraan yang digunakan tidak mampu memberikan jawaban yang benar atas sejumlah pertanyaan penting, sehingga memperlambat laju kemajuan. pengembangan lebih lanjut riset. Tanpa ide konkret untuk melampaui metode perkiraan ini, banyak fisikawan yang bekerja di bidang teori string mengalami rasa frustrasi yang semakin besar dan kembali ke penelitian mereka sebelumnya. Bagi mereka yang tetap tinggal, pada akhir tahun 1980an dan awal tahun 1990an. adalah masa pengujian.

Keindahan dan potensi kekuatan teori string memberi isyarat kepada para peneliti seperti harta karun emas yang terkunci dengan aman di dalam brankas, hanya terlihat melalui lubang intip kecil, namun tidak ada seorang pun yang memiliki kunci yang dapat melepaskan kekuatan-kekuatan yang tidak aktif ini. Periode "kekeringan" yang panjang terputus dari waktu ke waktu penemuan penting, tetapi jelas bagi semua orang bahwa diperlukan metode baru yang memungkinkan kita melampaui solusi perkiraan yang sudah diketahui.

Kebuntuan tersebut diakhiri dengan ceramah menakjubkan yang disampaikan oleh Edward Witten pada tahun 1995 pada konferensi teori string di Universitas Southern California—sebuah ceramah yang mengejutkan sebuah ruangan yang dipenuhi oleh para fisikawan terkemuka dunia. Di dalamnya, ia mengungkap rencana untuk tahap penelitian selanjutnya, sehingga mengantarkan pada “revolusi kedua dalam teori superstring.” Para ahli teori string kini bekerja dengan penuh semangat pada metode-metode baru yang menjanjikan untuk mengatasi hambatan-hambatan yang mereka hadapi.

Untuk mempopulerkan TS secara luas, umat manusia harus mendirikan monumen untuk profesor Universitas Columbia Brian Greene. Bukunya tahun 1999 “The Elegant Universe. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory” menjadi buku terlaris dan memenangkan Hadiah Pulitzer. Karya ilmuwan tersebut menjadi dasar dari sebuah mini-seri sains populer dengan penulisnya sendiri sebagai pembawa acara - sebagian darinya dapat dilihat di akhir materi (foto Amy Sussman/Columbia University).

dapat diklik 1700 piksel

Sekarang mari kita coba memahami sedikit inti dari teori ini.

Mari kita mulai dari awal. Dimensi nol adalah sebuah titik. Dia tidak memiliki ukuran. Tidak ada tempat untuk bergerak, tidak diperlukan koordinat untuk menunjukkan lokasi dalam dimensi tersebut.

Mari kita letakkan titik kedua di sebelah titik pertama dan tarik garis melalui titik tersebut. Inilah dimensi pertama. Benda satu dimensi mempunyai ukuran - panjang, tetapi tidak memiliki lebar atau kedalaman. Pergerakan dalam ruang satu dimensi sangat terbatas, karena hambatan yang muncul di tengah perjalanan tidak dapat dihindari. Untuk menentukan lokasi pada segmen ini, Anda hanya memerlukan satu koordinat.

Mari kita beri titik di sebelah segmen tersebut. Untuk memuat kedua benda tersebut, kita memerlukan ruang dua dimensi yang memiliki panjang dan lebar, yaitu luas, tetapi tanpa kedalaman, yaitu volume. Lokasi setiap titik pada bidang ini ditentukan oleh dua koordinat.

Dimensi ketiga muncul ketika kita menambahkan sumbu koordinat ketiga ke sistem ini. Sangat mudah bagi kita, penghuni alam semesta tiga dimensi, untuk membayangkan hal ini.

Mari kita coba bayangkan bagaimana penghuni ruang dua dimensi memandang dunia. Misalnya dua orang ini:

Masing-masing dari mereka akan melihat temannya seperti ini:

Dan dalam situasi ini:

Pahlawan kita akan melihat satu sama lain seperti ini:

Perubahan sudut pandang itulah yang memungkinkan para pahlawan kita menilai satu sama lain sebagai objek dua dimensi, dan bukan segmen satu dimensi.

Sekarang mari kita bayangkan sebuah benda volumetrik tertentu bergerak dalam dimensi ketiga, yang melintasi dunia dua dimensi tersebut. Bagi pengamat luar, gerakan ini akan dinyatakan dalam perubahan proyeksi dua dimensi suatu benda pada bidang, seperti brokoli pada mesin MRI:

Namun bagi penduduk Flatland kami, gambaran seperti itu tidak dapat dipahami! Dia bahkan tidak bisa membayangkannya. Baginya, setiap proyeksi dua dimensi akan dilihat sebagai segmen satu dimensi dengan panjang variabel yang misterius, muncul di tempat yang tidak dapat diprediksi dan juga menghilang secara tidak terduga. Upaya untuk menghitung panjang dan tempat asal benda-benda tersebut dengan menggunakan hukum fisika ruang dua dimensi pasti akan gagal.

Kami, penghuni dunia tiga dimensi, melihat segala sesuatu sebagai dua dimensi. Hanya dengan menggerakkan suatu benda di ruang angkasa kita dapat merasakan volumenya. Kita akan melihat objek multidimensi apa pun sebagai dua dimensi, tetapi kenyataannya memang begitu luar biasa berubah tergantung hubungan kita dengannya atau waktu.

Dari sudut pandang ini menarik untuk dipikirkan, misalnya tentang gravitasi. Semua orang mungkin pernah melihat gambar seperti ini:

Mereka biasanya menggambarkan bagaimana gravitasi membengkokkan ruang-waktu. Itu membungkuk... dimana? Tepatnya tidak dalam dimensi mana pun yang kita kenal. Dan bagaimana dengan terowongan kuantum, yaitu kemampuan sebuah partikel untuk menghilang di satu tempat dan muncul di tempat yang sama sekali berbeda, dan di balik rintangan yang dalam realitas kita tidak dapat ditembusnya tanpa membuat lubang di dalamnya? Bagaimana dengan lubang hitam? Bagaimana jika semua ini dan misteri lainnya ilmu pengetahuan modern Apakah hal tersebut dijelaskan oleh fakta bahwa geometri ruang sama sekali tidak sama dengan yang biasa kita lihat?

Jam terus berdetak

Waktu menambah koordinat lain ke Alam Semesta kita. Agar pesta dapat berlangsung, Anda tidak hanya perlu mengetahui di bar mana pesta itu akan diadakan, tetapi juga waktu yang tepat acara ini.

Berdasarkan persepsi kita, waktu bukanlah sebuah garis lurus melainkan sebuah sinar. Artinya, ia memiliki titik awal, dan pergerakannya hanya dilakukan dalam satu arah - dari masa lalu ke masa depan. Terlebih lagi, hanya masa kini yang nyata. Baik masa lalu maupun masa depan tidak ada, seperti halnya sarapan dan makan malam tidak ada dari sudut pandang pegawai kantor saat makan siang.

Namun teori relativitas tidak setuju dengan hal ini. Dari sudut pandangnya, waktu adalah dimensi yang utuh. Segala peristiwa yang pernah ada, ada dan akan ada sama-sama nyata, sama nyatanya pantai laut, dimanapun tepatnya mimpi suara ombak itu mengejutkan kita. Persepsi kita hanyalah semacam lampu sorot yang menerangi segmen tertentu dalam garis waktu yang lurus. Kemanusiaan dalam dimensi keempat terlihat seperti ini:

Tapi kita hanya melihat proyeksi, sepotong dimensi ini pada setiap momen waktu. Ya, ya, seperti brokoli di mesin MRI.

Hingga saat ini, semua teori bekerja dengan sejumlah besar dimensi spasial, dan dimensi temporal selalu menjadi satu-satunya. Namun mengapa ruang memperbolehkan banyak dimensi untuk ruang, namun hanya satu kali? Sampai para ilmuwan dapat menjawab pertanyaan ini, hipotesis tentang dua atau lebih ruang waktu akan tampak sangat menarik bagi semua filsuf dan penulis fiksi ilmiah. Dan fisikawan juga, lalu kenapa? Misalnya, astrofisikawan Amerika Itzhak Bars melihat akar dari semua masalah Teori Segalanya sebagai dimensi waktu kedua yang diabaikan. Sebagai latihan mental, mari kita coba membayangkan sebuah dunia dengan dua waktu.

Setiap dimensi ada secara terpisah. Hal ini dinyatakan dalam kenyataan bahwa jika kita mengubah koordinat suatu benda di satu dimensi, koordinat di dimensi lain mungkin tetap tidak berubah. Jadi, jika Anda bergerak sepanjang satu sumbu waktu yang memotong sumbu waktu lainnya pada sudut siku-siku, maka pada titik perpotongan tersebut waktu berputar akan berhenti. Dalam prakteknya akan terlihat seperti ini:

Yang harus dilakukan Neo hanyalah menempatkan sumbu waktu satu dimensinya tegak lurus terhadap sumbu waktu peluru. Sekadar hal sepele, Anda pasti setuju. Kenyataannya, segalanya jauh lebih rumit.

Waktu tepatnya di alam semesta dengan dua dimensi waktu akan ditentukan oleh dua nilai. Sulitkah membayangkan peristiwa dua dimensi? Artinya, yang diperpanjang secara bersamaan sepanjang dua sumbu waktu? Kemungkinan besar dunia seperti itu akan membutuhkan spesialis dalam pemetaan waktu, seperti halnya para kartografer yang memetakan permukaan dua dimensi dunia.

Apa lagi yang membedakan ruang dua dimensi dengan ruang satu dimensi? Kemampuan untuk melewati rintangan, misalnya. Ini benar-benar diluar batas pemikiran kita. Penghuni dunia satu dimensi tidak dapat membayangkan bagaimana rasanya berbelok. Dan apakah ini - sudut waktu? Selain itu, dalam ruang dua dimensi Anda dapat bergerak maju, mundur, atau bahkan secara diagonal. Saya tidak tahu bagaimana rasanya melewati waktu secara diagonal. Belum lagi fakta bahwa waktu mendasari banyak hukum fisika, dan mustahil membayangkan bagaimana fisika Alam Semesta akan berubah dengan munculnya dimensi waktu lain. Tapi sangat menarik untuk memikirkannya!

Ensiklopedia yang sangat besar

Dimensi lain belum ditemukan dan hanya ada dalam model matematika. Tapi Anda bisa mencoba membayangkannya seperti ini.

Seperti yang kita ketahui sebelumnya, kita melihat proyeksi tiga dimensi dari dimensi keempat (waktu) Alam Semesta. Dengan kata lain, setiap momen keberadaan dunia kita adalah sebuah titik (mirip dengan dimensi nol) dalam kurun waktu dari Big Bang hingga Akhir Dunia.

Anda yang pernah membaca tentang perjalanan waktu pasti tahu peran penting kelengkungan kontinum ruang-waktu berperan di dalamnya. Ini adalah dimensi kelima - di dalamnya ruang-waktu empat dimensi “membungkuk” untuk mendekatkan dua titik pada garis ini. Tanpa hal ini, perjalanan antar titik ini akan menjadi terlalu lama, atau bahkan mustahil. Secara kasar, dimensi kelima mirip dengan dimensi kedua - ia memindahkan garis ruang-waktu “satu dimensi” ke dalam bidang “dua dimensi” dengan segala implikasinya berupa kemampuan untuk berbelok.

Beberapa saat sebelumnya, para pembaca kami yang berpikiran filosofis mungkin memikirkan kemungkinan adanya kehendak bebas dalam kondisi di mana masa depan sudah ada, namun belum diketahui. Sains menjawab pertanyaan ini sebagai berikut: probabilitas. Masa depan bukanlah sebuah tongkat, tapi sebuah sapu utuh pilihan yang memungkinkan perkembangan peristiwa. Kita akan mengetahui mana yang akan menjadi kenyataan ketika kita sampai di sana.

Masing-masing probabilitas ada dalam bentuk segmen “satu dimensi” pada “bidang” dimensi kelima. Apa cara tercepat untuk berpindah dari satu segmen ke segmen lainnya? Benar - tekuk bidang ini seperti selembar kertas. Di mana saya harus membengkokkannya? Dan sekali lagi dengan benar - di dimensi keenam, yang memberikan "volume" pada seluruh struktur kompleks ini. Dan dengan demikian membuatnya seperti ruang tiga dimensi, "selesai", poin baru.

Dimensi ketujuh adalah garis lurus baru, yang terdiri dari “titik” enam dimensi. Apa poin lain pada baris ini? Seluruh rangkaian pilihan yang tak terbatas untuk perkembangan peristiwa di alam semesta lain, yang terbentuk bukan sebagai akibat dari Big Bang, tetapi dalam kondisi yang berbeda, dan beroperasi menurut hukum yang berbeda. Artinya, dimensi ketujuh terbuat dari manik-manik dunia paralel. Dimensi kedelapan mengumpulkan “garis lurus” ini menjadi satu “bidang”. Dan yang kesembilan bisa diibaratkan sebuah buku yang berisi semua “lembaran” dimensi kedelapan. Inilah totalitas seluruh sejarah seluruh alam semesta dengan seluruh hukum fisika dan seluruh kondisi awalnya. Periode lagi.

Di sini kita mencapai batasnya. Untuk membayangkan dimensi kesepuluh, kita memerlukan garis lurus. Dan poin apa lagi yang ada pada garis ini jika dimensi kesembilan sudah mencakup segala sesuatu yang dapat dibayangkan, dan bahkan apa yang tidak mungkin dibayangkan? Ternyata dimensi kesembilan bukan sekadar titik awal, tetapi dimensi terakhir - setidaknya untuk imajinasi kita.

Teori string menyatakan bahwa di dimensi kesepuluh string bergetar—partikel dasar yang menyusun segala sesuatu. Jika dimensi kesepuluh memuat seluruh alam semesta dan segala kemungkinan, maka string ada di mana-mana dan sepanjang waktu. Maksud saya, setiap string ada baik di alam semesta kita maupun di alam semesta lainnya. Kapan saja. Lurus. Keren, ya?

Fisikawan, spesialis teori string. Dikenal karena karyanya simetri cermin, terkait dengan topologi manifold Calabi-Yau yang sesuai. Audiens luas dikenal sebagai penulis ilmiah buku-buku populer. Alam Semesta Elegannya dinominasikan untuk Hadiah Pulitzer.

Pada bulan September 2013, ke Moskow atas undangan Museum Politeknik Brian Greene tiba. Seorang fisikawan terkenal, ahli teori string, dan profesor di Universitas Columbia, ia dikenal masyarakat umum terutama sebagai pemopuler sains dan penulis buku “The Elegant Universe.” Lenta.ru berbicara dengan Brian Greene tentang teori string dan kesulitan baru-baru ini yang dihadapi teori tersebut, serta gravitasi kuantum, amplitudo, dan kontrol sosial.

Sastra dalam bahasa Rusia: Kaku M., Thompson J.T. “Melampaui Einstein: Superstring dan pencarian teori final” dan apa itu Artikel asli ada di website InfoGlaz.rf Tautan ke artikel tempat salinan ini dibuat -

Desain oleh seniman A. Balashova.

Ketika buku Planiverse pertama kali terbit 16 tahun lalu, cukup mengejutkan banyak pembaca. Batas antara penangguhan ketidakpercayaan secara sukarela dan penerimaan secara sederhana, jika memang ada, sangatlah tipis. Terlepas dari nuansa yang licik dan ironis, ada orang-orang yang ingin percaya bahwa kita telah melakukan kontak dengan dunia dua dimensi Arde, sebuah planet berbentuk cakram yang tertulis di kulit terluar ruang luas berbentuk balon yang disebut Planiverse.

Sangat menggoda untuk membayangkan bahwa pembaca yang mudah tertipu dan tidak percaya melakukan hal ini karena logika yang meyakinkan dan konsistensi kosmologi dan fisika alam semesta yang sangat halus ini dengan organisme-organismenya yang aneh namun sangat efisien. Lagi pula, apa yang terbuka di hadapan mereka bukanlah sekadar alam semesta biasa yang dihasilkan oleh permainan imajinasi. Planiverse lebih dari sekedar aneh, tempat yang fantastis, karena sebagian besar “dibuat” oleh tim virtual yang terdiri dari ilmuwan dan teknolog. Kenyataannya - bahkan realitas semu dari tempat seperti itu jauh lebih aneh daripada yang terlihat pada pandangan pertama.

Pertama, mari kita coba memahami apa itu Planiverse alam semesta datar. Pahami bahwa dua dimensi berarti dua dimensi. Jika halaman buku ini mewakili sepotong kecil dari Planiverse, maka garis lengkung yang digambar di atasnya mungkin saja merupakan seutas tali atau tali planiverse, yang kedua ujung bebasnya tidak dapat dihubungkan, karena memerlukan tambahan. , dimensi ketiga, yang bisa dikatakan, melampaui halaman ini. Tapi beri kami lem planiversal dan kami akan merekatkan satu ujung ke ujung lainnya, menjebak apa pun yang berakhir di dalam lingkaran renda setelah lem mengering.

Lampiran buku ini berisi cukup cerita lengkap asal mula alam semesta datar Planiverse. Begitu juga dengan kolom Martin Gardner tentang Scientific American permainan matematika, muncul artikel tentang Planiverse, ribuan (bahkan tidak ratusan) pembaca mengirimkan surat berisi tanggapan antusias dan ide-ide baru. Ilmuwan dan insinyur profesional menulis, dan bahkan beberapa pembaca yang berpengetahuan luas mengirimkan saran yang masuk akal.

Kami merangkai ide-ide ini menjadi sesuatu yang homogen dan mulus, namun kami membutuhkan plot – sebuah cerita – untuk membuatnya berhasil buku yang menarik. Sebuah cerita yang akan membawa kita pada perjalanan melalui Arda, sebuah planet berbentuk cakram yang mengambang di alam semesta dua dimensi Planiverse.

Dari kata pengantar hingga akhir, kisah diceritakan dengan wajah serius, bahkan tanpa ekspresi. Itu ditulis oleh pena seorang ilmuwan yang kemampuan sastranya terus-menerus berada di bawah tekanan peristiwa. Cerita ini menampilkan deus ex machina modern - komputer. Dengan bantuannya, sekelompok siswa melakukan kontak pertama dengan alam semesta dua dimensi Planiverse dan pahlawan berlengan empat Yendred, yang keinginannya akan “yang lebih tinggi” berubah menjadi ketakutan ketika dia akhirnya berhadapan langsung dengannya.

Penulis terkejut dan terganggu karena begitu banyak orang menerima fiksi tersebut begitu saja. Inti dari cerita yang fantastis, meskipun sangat kaya akan detail ini, tidak diperhatikan oleh banyak orang. Tren neoteny telah mengakar budaya Barat bahkan sebelum tahun 1984. Dan tentu saja, alegori fantastis yang dimasukkan ke dalam narasinya - yaitu, apa yang menjadikan buku tersebut, menurut humanis Oxford Graham Stewart, sebagai "perumpamaan sufi", sama sekali tidak diperhatikan oleh para pembaca. Godaan untuk menghidupkan dimensi (ketiga) yang lebih tinggi sebagai simbol kekuatan yang tersembunyi di luar realitas nyata dunia kita ternyata terlalu besar untuk diatasi. Cerita dibuka dengan kata pengantar lama menunggu Anda di halaman berikutnya.

A. K. Dewdney.

Januari 2000

Saya ingin mencatat bahwa saya bukanlah penulis buku ini, melainkan penyusunnya, dan penghargaan utama atas fakta bahwa buku ini melihat cahaya adalah milik makhluk yang digambarkan di halaman pertama. Namanya Yendred, dan dia tinggal di alam semesta dua dimensi yang saya sebut Planiverse. Kisah penemuan Planiverse, sebuah dunia yang realitasnya hanya sedikit orang yang percaya, mungkin akan terasa menarik bagi Anda. Itulah yang ingin saya sampaikan kepada Anda.

Perkenalan pertama dengan dunia ini terjadi di universitas kami sekitar setahun yang lalu. Murid-murid saya bekerja dengan program komputer 2DWORLD, yang mereka tulis sendiri selama beberapa semester. Tujuan awal dari program ini adalah untuk memberikan siswa praktek dalam pemodelan dan pemrograman ilmiah, namun 2DWORLD segera mengambil kehidupannya sendiri.

Semuanya dimulai dengan upaya untuk mensimulasikan model dua dimensi tubuh fisik. Misalnya, objek dua dimensi sederhana mungkin berbentuk cakram dan terdiri dari banyak atom dua dimensi.

Ia mempunyai massa tertentu (tergantung pada jenis dan jumlah atom yang dikandungnya) dan dapat bergerak dalam ruang dua dimensi seperti halaman ini. Namun, tidak seperti halaman, ruang dua dimensi tidak memiliki ketebalan, dan disk tidak dapat melampaui batasnya. Mari kita asumsikan bahwa semua benda di ruang ini mematuhi hukum topik serupa, yang beroperasi di dunia tiga dimensi kita. Artinya, jika kita mendorong disk ke kanan, disk akan mulai bergerak dengan kecepatan konstan dalam bidang yang merupakan perpanjangan halaman. Cepat atau lambat, sambil terus bergerak pada bidang khayalan ini, benda tersebut akan meninggalkan permukaan bumi, kecuali tentu saja ia bertabrakan dengan benda lain yang serupa.

Ketika dua benda tersebut bertemu, mereka akan mengalami apa yang oleh fisikawan disebut sebagai “tumbukan lenting”. Pada gambar kita melihat dua benda pada saat deformasi terbesarnya, ketika keduanya bertabrakan dan akan saling menggelinding. Sesuai dengan hukum fisika terkenal yang berlaku di alam semesta tiga dimensi kita, jumlah energi kinetik dan potensial kedua piringan sebelum dan sesudah tumbukan tetap tidak berubah. Bergerak dengan cara ini, disk mau tidak mau akan bertabrakan. Mereka tidak bisa “menghindari” dan menghindari tabrakan. Di dunia dua dimensi, mereka tidak punya tempat untuk “menghindar”.

Proses fisik ini dapat dengan mudah direpresentasikan di komputer dengan menulis sebuah program yang akan mensimulasikan perilaku dua disk pada saat terjadi tabrakan. Tentu saja, jika kita memperhitungkan bahwa disk terdiri dari atom-atom individual, hal ini akan mempersulit pekerjaan pemrogram dan menambah beban pada prosesor selama eksekusi program. Tetapi hampir semua programmer dapat menulis program seperti itu dan menampilkan hasilnya di layar.

Di sinilah kira-kira pekerjaan program 2DWORLD dimulai. Pada semester pertama, mahasiswa di bawah bimbingan saya tidak hanya mendeskripsikan sekumpulan objek tertentu dan hukum kekekalan energi dalam program, tetapi juga menciptakan keseluruhan sistem planet yang mengorbit bintang. Salah satu planet yang mereka beri nama Astria mendapatkan popularitas khusus di kalangan pelajar. Menjelang akhir semester pertama, perbincangan dimulai tentang menggambar peta di planet ini dan mengisinya dengan makhluk hidup - Astria. Saya menghentikan aspirasi ini sejak awal: semester akan segera berakhir, dan tidak ada yang tersisa sebelum ujian. Dan tidak mungkin menerapkan ide tersebut - murid-murid saya bukanlah pemrogram yang kuat.

Bagaimanapun, 2DWORLD ternyata sangat bagus program yang berguna, dan bekerja dengannya sangatlah menarik. Saya terutama mengingat proses pembentukan galaksi dari gugusan bintang yang kacau balau. Singkatnya, saya sampai pada kesimpulan bahwa proyek ini sukses dan saya benar ketika memutuskan untuk membatasi ruang fisik model menjadi dua dimensi. Berkat ini, siswa memahami apa itu pemodelan sebenarnya.

Tahukah Anda bahwa yang menjadikan dunia satu dimensi adalah posisi di dalamnya ditentukan oleh satu unit informasi.

Hal ini juga harus berkesinambungan (atau mendekati berkesinambungan dari sudut pandang praktis). Saya telah menjelaskan beberapa contoh dimensi: garis pendapatan, tak terhingga, dan diwakili oleh garis lurus tak terhingga; garis pelangi, terbatas, dengan dinding pembatas, diwakili oleh sebuah segmen; garis arah angin aeolian, periodik terhingga, diwakili oleh segmen yang ujung kirinya berimpit dengan kanan, atau, yang sama, sebuah lingkaran. Saya secara singkat menyebutkan contoh lain - tentang dunia yang tidak terbatas di satu arah dan terbatas di sisi lain. Pada artikel lain saya tegaskan bahwa ada banyak jenis dimensi, namun dimensi fisik ruang mempunyai sifat unik dan khusus (dan juga sangat jelas) yang membedakannya dengan jenis dimensi lainnya.

Beras. 1: dunia dua dimensi

Bagaimana dengan dunia dua dimensi? Tidak mengherankan jika jenis dunia dua dimensi lebih banyak daripada jenis dunia satu dimensi. Beberapa contoh ruang tersebut ditunjukkan pada Gambar. 1. Anda dapat membayangkan sebuah dunia yang tak terbatas di kedua arah: sebuah bidang (kiri atas). Kita dapat membayangkan sebuah dunia yang tidak terbatas pada satu arah, namun membentuk segmen atau lingkaran pada arah yang lain. Dunia seperti itu secara alami disebut strip and tube (kiri bawah). Dimungkinkan untuk membayangkan dunia yang terbatas di kedua arah (sisi kanan Gambar 1). Dan betapa banyak peluang yang ada! Hanya pada gambar ini Anda dapat melihat dari atas ke bawah sebuah persegi, sebuah silinder (bagian toples yang bulat tanpa tutup dan bagian dalam), sebuah piringan, sebuah torus (seperti ban mobil), sebuah bola (hanya permukaannya), ban ganda. Dan ini bukanlah semua pilihannya. Jika kita melakukan ekstrapolasi ke masa depan, menjadi jelas bahwa ketika kita mencapai tiga dimensi dan melangkah lebih jauh, kita tidak lagi dapat membuat daftar seperti itu.

Seperti halnya ruang satu dimensi, posisi dalam ruang dua dimensi ditentukan oleh dua informasi.

Contoh bola (untuk perkiraan yang baik) adalah permukaan bumi: lokasi mana pun dapat ditunjukkan berdasarkan garis lintang dan garis bujur. Seekor semut yang berjalan di sepanjang selang taman bergerak sepanjang pipa dua dimensi, dan pada waktu tertentu berada pada jarak tertentu dari keran dan pada sudut tertentu terhadap vertikal. Jalan raya multi jalur pada dasarnya adalah jalur dua dimensi dengan sisi yang sangat panjang dan sisi yang pendek: dua informasi yang diperlukan untuk menentukan posisi Anda adalah jarak dari awal jalan dan jarak dari tepi kanannya.

Mari kita ingat garis pendapatan. "Penghasilanmu untuk tahun lalu adalah nomor tertentu dalam mata uang lokal Anda. Hal ini bisa positif atau negatif, besar atau kecil; itu dapat direpresentasikan sebagai sebuah titik pada sebuah garis, seperti pada Gambar. 1, yang kita sebut sebagai “titik pendapatan”. Setiap titik pada garis mewakili kemungkinan pendapatan.” Jika Anda sudah menikah dan Anda serta pasangan Anda mempunyai penghasilan, maka ada dua orang yang termasuk dalam rumah tangga Anda arus kas dapat direpresentasikan sebagai pesawat dua pendapatan. Dua angka yang menggambarkan suatu titik pada bidang ini adalah penghasilan Anda dan penghasilan pasangan Anda.

Berikut adalah contoh torus yang cerdas, yang menunjukkan bagaimana Anda dapat membayangkan bentuk dua dimensi menarik yang dimensinya bukan dimensi ruang fisik. Pada Gambar. 3 artikel tentang dunia satu dimensi, kita melihat bahwa kemungkinan arah angin membentuk dunia satu dimensi dalam bentuk lingkaran (atau garis yang awal dan akhirnya bertepatan). Kemungkinan arah pergerakan perahu layar juga membentuk lingkaran serupa. Namun siapa pun yang pernah berlayar tahu bahwa Anda tidak harus pergi ke arah yang sama dengan arah angin; jika Anda mengatur layar secara miring, Anda dapat berlayar ke barat meskipun angin bertiup dari utara. Jadi jika saya menanyakan dua informasi - ke arah mana angin bertiup, dan ke arah mana perahu layar saya bergerak - keduanya akan menjadi titik-titik dalam lingkaran. Dua informasi, keduanya terletak pada lingkaran, mewakili sebuah titik pada torus.

Sebelum saya melanjutkan, izinkan saya menyebutkan kebingungan yang wajar dan umum. Saya telah mengisyaratkannya dalam uraian berbagai dunia yang diberikan di atas. Jangan bingung antara dimensi bentuk itu sendiri dengan cara tertentu dalam merepresentasikan dimensi atau bentuk tersebut! Sifat lingkaran adalah jika Anda menggerakkannya ke segala arah, Anda akan kembali ke titik awal. Sebuah lingkaran tidak memiliki apa pun di dalam atau di luar. Merepresentasikan lingkaran sebagai kurva tertutup pada bidang dua dimensi saja akan membuatnya tampak seolah-olah mempunyai bagian dalam dan bagian luar. Tapi ini hanyalah properti representasi lingkaran pada bidang, dan bukan properti lingkaran itu sendiri.

Ketika saya melihat buku ini, ingatan saya kembali ke buku “Mathematical Leisure” dan “Math Puzzles and Fun” karya Martin Gardner, yang saya baca ketika saya masih di sekolah. Saya ingat salah satu buku ini menggambarkan sebuah buku tentang negara imajiner dua dimensi Flatland. Buku ini diterbitkan dengan nama samaran A. Square, yang dapat diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia sebagai “A Tertentu Square.” Tokoh utama buku "Flatland" adalah seorang persegi yang tinggal di negara dua dimensi ini. Saya ingat persis buku ini ditulis pada abad ke-19. Tapi saya belum pernah mendengar tentang buku “Planiverse”. Nama belakang penulis mengingatkan saya pada nama belakang penulis buku teka-teki, yang sering disebutkan dalam buku Martin Gardner - Dudeney. Belakangan saya tahu, buku Martin Gardner menyebutkan Henry Ernest Dudeny, seorang Inggris, dan penulis buku ini adalah Alexander Keewatin Dewdeny, seorang Kanada. Alexander Kivatin Dewdney juga dikenal sebagai penulis permainan komputer untuk programmer - CoreWars, yang dalam bahasa Rusia disebut "Battle in Memory".

Saya tidak mengharapkan sesuatu yang menarik dari buku ini. Nah, apa yang bisa kamu temukan tentang dunia datar? Karena berkurangnya satu dimensi di dunia ini, jelas tidak ada ruang untuk berbalik dan menulis sesuatu yang menarik. Tapi saya salah.

Pertama, penulis membuat ringkasan cerita yang sangat kompeten. Kita mungkin mengira bahwa buku ini akan dimulai dengan cara yang biasa: “Mari kita bayangkan sebuah dunia yang tidak memiliki dimensi spasial ketiga, seperti apa jadinya?” Atau: “Pada zaman dahulu kala, di sebuah negeri yang datar, hiduplah seorang lelaki yang datar.” Akhir dari buku ini sudah membayangkan: “Dan kemudian saya tiba-tiba terbangun.” Tidak menarik.

Faktanya, semuanya dimulai dengan fakta bahwa seorang dosen universitas memberikan tugas kepada siswanya - untuk membuat program untuk memodelkan dunia dua dimensi. Semuanya dimulai dengan model sistem planet di mana planet-planet bulat dan datar mengorbit matahari yang bulat dan datar. Kemudian para mahasiswa mulai mengisi program ini dengan berbagai macam elemen tambahan- seseorang menyimulasikan benua dan lautan, seseorang menyimulasikan cuaca, dan seseorang menghuni negara ini dengan makhluk hidup dua dimensi. Salah satu siswa menambahkan modul leksikal ke program ini - menjadi mungkin untuk meminta program untuk mendeskripsikan lingkungan.

Kemudian program ini terkadang mulai berperilaku aneh - ia menulis kata-kata yang tidak ada dalam kamus, tetapi tidak mengenalinya ketika kata-kata tersebut digunakan oleh operator yang duduk di depan komputer. Faktanya adalah bahwa dunia yang disimulasikan dalam program tersebut ternyata sangat mirip dengan dunia dua dimensi yang sebenarnya sehingga beresonansi dengannya, sehingga melalui program tersebut dimungkinkan untuk melihat dunia dua dimensi yang sebenarnya. Namun, koneksi dengan dunia ini datang melalui seorang penduduk lokal bernama Yndrd, yang oleh guru dan siswanya dipanggil Yendred untuk kenyamanan.

Itu adalah hal pertama. Dan sekarang - yang kedua. Kedua, detail struktur dunia ini tidak disalin begitu saja dari dunia tiga dimensi kita. Dunia dua dimensi memiliki kekhasan tersendiri dan apa yang familiar bagi kita ternyata tidak dapat dijalankan di dunia dua dimensi. Misalnya, di dunia dua dimensi ini, cuaca selalu dapat diprediksi: terbentuk daerah bertekanan rendah searah dengan matahari, dan angin permukaan selalu bertiup ke arah matahari. Pada pagi hari angin bertiup ke arah timur, tempat matahari terbit, dan pada sore hari mulai bertiup ke barat, tempat matahari terbenam.

Hujan turun di dunia ini, tetapi sungai tidak memiliki saluran: air mengalir di sepanjang permukaan planet, tidak mampu melewati rintangan di kanan atau kiri. Itu sebabnya penghuni planet ini tidak membangun rumah. Jika Anda membangun sebuah rumah, maka air yang mengalir dari pegunungan akan mencapai rumah tersebut dan mengisi seluruh cekungan yang dibentuk oleh gunung dan rumah tersebut. Oleh karena itu, penduduk setempat tinggal di rumah yang menyerupai galian kami, dan hewan tinggal di liang. Agar galian tidak terendam banjir, maka segera ditutup rapat begitu terdengar suara air mendekat.

Di dunia ini, engsel pintu yang kita kenal tidak mungkin ada, dan tali tidak dapat diikat menjadi simpul. Engsel pintu menyerupai sambungan bola - sebuah lingkaran dimasukkan ke dalam lubang setengah lingkaran, dan pintu yang menempel pada lingkaran itu bergerak ke atas dan ke bawah. Tali biasanya direkatkan atau dilekatkan satu sama lain dengan pengait. Namun, ada juga sisi positif: Karena tidak mungkin membuat simpul pada tali, maka tali tidak akan pernah kusut.

Sebagai perahu di dunia ini, Anda bisa menggunakan tongkat sederhana yang ujungnya ditekuk ke satu arah. Perahu seperti itu tidak bisa berbalik - hanya mengubah arah gerakannya. Sebuah tiang digunakan sebagai layar, yang dipasang secara vertikal di tengah-tengah perahu. Karena arah angin selalu dapat diprediksi, maka di timur setiap pagi Anda dapat naik perahu menuju laut, dan pada malam hari angin akan bertiup pukul sisi sebaliknya- menuju daratan. Di barat, yang terjadi adalah sebaliknya - Anda bisa pergi ke laut di malam hari dan kembali ke daratan di pagi hari.

Makhluk lokal tidak memiliki kerangka internal yang kaku, karena kerangka dalam hal ini akan membagi organisme menjadi bagian-bagian yang mandiri. Semua makhluk di dunia ini memiliki kerangka luar, seperti kumbang. Tidak ada saluran pencernaan yang ujung ke ujung, karena jika iya, makhluk itu akan terbelah menjadi dua bagian. Oleh karena itu, makanan dikonsumsi dan sisa pencernaan dikeluarkan melalui mulut – dimuntahkan. Namun sirkulasi darah tetap ada. Jaringan-jaringan tersebut terpisah, menangkap gelembung cairan, dan kemudian menyambung. Gelembung cairan bergerak di antara jaringan-jaringan sedemikian rupa sehingga ketika bergerak, jaringan-jaringan tersebut terpisah, dan di belakangnya mereka terhubung. Hal ini menyebabkan semacam peristaltik darah.

Saya tidak akan mengatakan apa-apa lagi tentang struktur dunia ini, saya hanya akan menyebutkan bahwa di dalamnya terdapat metalurgi, mesin uap, jarum jam, alat musik, roket, stasiun luar angkasa, astronomi, kimia, biologi sel, listrik, buku, seni rupa dan komputer. Setiap bidang ilmiah, setiap mekanisme dijelaskan dengan cara yang serupa- tidak dengan sekadar meniru hal-hal yang ada di dunia kita, namun dengan menjelaskan prinsip-prinsip pengoperasian dan batasan-batasan yang melekat. Misalnya saja, teori ini menjelaskan bagaimana sel dapat bertukar nutrisi tanpa mengeluarkan isinya. Menjelaskan caranya sel saraf mengirimkan sinyal sepanjang jalur yang berpotongan satu sama lain tanpa mencampurkan sinyal. Masalah yang sama dijelaskan dalam kaitannya dengan desain komputer - bagaimana gerbang logika mengirimkan sinyal sepanjang jalur yang berpotongan tanpa mencampurkan sinyal. Menjelaskan bagaimana daya disuplai ke katup komputer.

Dari apa yang saya sampaikan, mungkin ada kesan bahwa buku tersebut tidak memiliki alur cerita dan yang tertulis di dalamnya hanyalah tentang apa dan bagaimana cara kerjanya. Ini salah.

Spoiler (pengungkapan plot) (klik untuk melihat)

Karakter utama Yendred mendengar tentang seorang biksu yang tinggal di negara lain - Vanitsla. Vanitsla terletak di sebelah timur daratan, di balik pegunungan. Ke sanalah dia menuju karakter utama. Sebelum berangkat, Yendred dan ayahnya pergi memancing. Di kota Is-Felblt, dia mengunjungi pamannya, yang menjalankan percetakan dan mencetak buku. Mereka pergi ke pasar bersama anak-anak paman mereka, di mana mereka membeli balon udara untuk bepergian. Kemudian anak-anak yang lebih kecil pulang, dan Yendred dan putri sulung paman pergi ke konser musik. Kemudian Yendred mengunjungi satu-satunya lembaga ilmiah di negaranya - Punitsli. Sepanjang jalan dia berjalan, terus berjalan balon udara, memegangnya di tangannya, terbang dengan balon pengangkut dan roket. Akhirnya, dia mencapai dataran tinggi pegunungan, di mana dia hampir terbunuh di sebuah tambang oleh layang-layang terbang. Kemudian dia akhirnya bertemu dengan biksu yang sama bernama Drabk yang ingin dia temui. Selanjutnya, biksu itu menginisiasi Yendred ke dalamnya pengetahuan rahasia, setelah itu Yendred berhenti berkomunikasi, kehilangan minat pada penghuni dunia tiga dimensi.

Dalam beberapa hal, buku ini mengingatkan saya pada artikel Andrei Rodionov “Game is a Serious Business,” yang pernah saya baca di majalah fiksi ilmiah “If.” Artikel ini dimulai sebagai artikel biasa yang menjelaskan klasifikasi permainan komputer. Kemudian penulis berbicara tentang bagaimana dia membuat game komputernya. Cerita ini dengan lancar mengalir ke dalam genre fiksi ilmiah. Saat itu saya masih bersekolah, saya praktis tidak memiliki pemikiran skeptis dan saya percaya hampir segalanya. Tidak mengherankan jika artikel ini memberikan kesan yang luar biasa bagi saya - saya sama sekali tidak memperhatikan transisi dari genre jurnalistik ke genre fiksi ilmiah dan menganggap cerita tentang permainan komputer begitu saja. Baik dalam buku ini maupun dalam artikel Andrei Rodionov, realitas dengan mulus berubah menjadi fiksi, yang membuat komponen fiksi ilmiah semakin meyakinkan. Baik buku maupun artikelnya berkisah tentang penciptaan dunia maya, yang secara tak terduga bagi penciptanya sendiri, memperlihatkan sifat-sifat yang tidak dimaksudkan, mulai menjalani kehidupannya sendiri.

Ngomong-ngomong, lama kemudian, saat aku mulai tertarik genre musik Synth Pop, saya menemukan album Andrei Rodionov dan Boris Tikhomirov. Saya sangat menyukai beberapa lagu dari album ini, dan saya pernah menggunakan lagu “Jam Alarm Elektronik” sebagai alarm di ponsel saya. Saya tidak langsung menghubungkan musisi dan penulis artikel itu di kepala saya. Dan kemudian saya mengetahui bahwa dia benar-benar berkembang permainan komputer. Misalnya, salah satu permainannya berjudul "Mayor Pistol di Pabrik". Lucunya dunia game ini juga datar. Benar, di dalamnya karakter utama tahu cara mengubah dirinya menjadi cermin :)

Namun, saya ngelantur. Mari kita kembali ke Planiverse. Buku ini tidak ditulis sebagai hasil refleksi individu. Di akhir buku, penulis menjelaskan bahwa sejak lama ia mengumpulkan artikel-artikel tentang struktur berbagai benda di dalamnya dunia datar, yang ditulis orang lain untuk bersenang-senang. Sebelum menulis ini buku fiksi penulisnya menulis monografi “Sains dan Teknologi di Dunia Dua Dimensi.” Belakangan, Martin Gardner menulis artikel tentang monografi ini. Ide pesawat roket diberikan kepada penulisnya oleh Jeff Raskin, penggagas proyek Apple Macintosh. Dia juga menciptakan komputer Canon Cat yang kurang dikenal namun sangat unik. Sebelum membaca buku ini, saya baru saja berpikir untuk membeli buku Jeff Raskin “Interface: New Directions in Computer Systems Design.”

Ini mungkin yang paling banyak buku terbaik dari semua buku fiksi ilmiah yang pernah saya baca. Buku ini hanya didasarkan pada satu asumsi fantastis - ada dunia dua dimensi yang dihuni oleh makhluk hidup cerdas dan Anda dapat berkomunikasi dengan dunia ini. Di sini tentu saja tidak ada intensitas emosi, tidak ada pesan moral, tapi bukunya membuat ketagihan. Saya akan mengatakan bahwa saya rajin membacanya, tetapi kenyataannya saya secara berkala sengaja mengalihkan perhatian saya darinya, karena itu membawa saya ke dunia lain yang beroperasi menurut hukum yang berbeda, tetapi memiliki logikanya sendiri. Saat membaca, pemikiran direstrukturisasi sedemikian rupa sehingga ketika Anda teralihkan dari membaca, Anda merasa disorientasi - pikiran terus berkerumun di kepala Anda, yang tiba-tiba menjadi tidak dapat diterapkan pada biasanya. dunia tiga dimensi. Dibutuhkan beberapa detik untuk mengesampingkan pemikiran ini dan kembali ke kenyataan.