Quarta dimensão

Definição de quarta dimensão

A quarta dimensão é uma dimensão, além de comprimento, largura e profundidade, especificamente: uma coordenada, além de três coordenadas retangulares, especialmente quando interpretada como a coordenada de tempo em um continuum espaço-tempo, algo fora do alcance da experiência comum.

Na física, a quarta dimensão é a dimensão do tempo, que é necessária além das três dimensões espaciais para especificar totalmente a posição e o comportamento de um ponto ou partícula.

As outras três dimensões, que existem no espaço, são comprimento, largura e altura.

O tempo é considerado uma dimensão coordenada e exigido pela teoria da relatividade, junto com três dimensões espaciais, para especificar completamente a localização de qualquer evento.

A quarta dimensão é o tempo, conforme definido por Einstein em relação às Teorias da Relatividade.

As dimensões espaciais são aquelas de altura, comprimento e profundidade e a quarta dimensão é usado para se referir ao tempo, especialmente por cientistas e escritores de ficção científica.

A quarta dimensão pode estar relacionada a um hipercubo, da mesma forma que a primeira dimensão está relacionada a uma linha, as segundas duas linhas conectadas em ângulos perpendiculares entre si e a terceira dimensão sendo um cubo. A quarta dimensão é (às vezes) associada ao continuum espaço-tempo.

É realmente fútil viajar para um universo que se baseia apenas na quarta dimensão, já que isso incluiria apenas o tempo, e nenhum ser poderia realmente existir.

O que é a quarta dimensão?

A quarta dimensão é geralmente entendida como referindo-se a uma hipotética quarta dimensão espacial, adicionada às três dimensões padrão.

Não deve ser confundido com a visão do espaço-tempo, que adiciona uma quarta dimensão de tempo ao universo.

O espaço em que esta dimensão existe é referido como espaço euclidiano de quatro dimensões.

O tesserato é frequentemente usado como uma representação visual para a quarta dimensão, incluindo o tempo

No início do século 19, as pessoas começaram a considerar as possibilidades de uma quarta dimensão do espaço. Mobius, por exemplo, entendeu que, nesta dimensão, um objeto tridimensional poderia ser tomado e girado sobre sua imagem no espelho. A forma mais comum disso, o cubo de quatro dimensões ou tesserato, é geralmente usado como uma representação visual dele.

Mais tarde no século, Riemann estabeleceu as bases para a verdadeira geometria quadridimensional, sobre a qual os matemáticos posteriores iriam construir.

No mundo tridimensional, as pessoas podem olhar para todo o espaço como existindo em três planos. Todas as coisas podem se mover ao longo de três eixos diferentes: altitude, latitude e longitude.

A altitude cobriria os movimentos para cima e para baixo, a latitude o norte e o sul ou os movimentos para frente e para trás e a longitude os movimentos para o leste e oeste ou para a esquerda e direita.

Cada par de direções forma um ângulo reto com as outras e, portanto, é denominado mutuamente ortogonal.

Na quarta dimensão, esses mesmos três eixos continuam existindo. Adicionado a eles, no entanto, está outro eixo inteiramente. Embora os três eixos comuns sejam geralmente chamados de eixos x, y e z, o quarto está no eixo w. As direções em que os objetos se movem nessa dimensão são geralmente chamadas de ana e kata. Esses termos foram cunhados por Charles Hinton, um matemático britânico e autor de ficção científica, que estava particularmente interessado na ideia. Ele também cunhou o termo “tesserato” para descrever o cubo de quatro dimensões.

Compreender a quarta dimensão em termos práticos pode ser bastante difícil. Afinal, se alguém fosse instruído a dar cinco passos para frente, seis para a esquerda e dois para cima, ela saberia como se mover e onde iria parar em relação ao ponto de partida. Se, por outro lado, uma pessoa fosse instruída a também mover nove passos ana, ou cinco passos de kata, ela não teria uma maneira concreta de entender isso, ou de visualizar onde isso a colocaria.

Existe uma boa ferramenta para entender como visualizar esta dimensão, no entanto, é primeiro olhar como a terceira dimensão é desenhada. Afinal, um pedaço de papel é um objeto bidimensional, aproximadamente, e por isso não pode realmente transmitir um objeto tridimensional, como um cubo. No entanto, desenhar um cubo e representar o espaço tridimensional em duas dimensões acaba sendo surpreendentemente fácil.

O que se faz é simplesmente desenhar dois conjuntos de cubos bidimensionais, ou quadrados, e depois conectá-los com linhas diagonais que ligam os vértices. Para desenhar um tesserato, ou hipercubo, pode-se seguir um procedimento semelhante, desenhando vários cubos e conectando seus vértices também.

A 4ª Dimensão

Imagine um objeto quadridimensional …

Infelizmente, você logo percebe que não pode.

Mas por que?

Nossos cérebros não são programados para imaginar nada além de 3 dimensões. A vida na Terra só vai até a 3ª dimensão.

O cérebro humano não pode imaginar algo a que nunca foi exposto (como a 4ª dimensão). Seria como imaginar uma nova cor lá fora no universo que ainda não foi descoberta pelos humanos.

Como você descreveria isso?

A natureza inexplicável desse conceito matemático e físico o torna uma verdadeira maravilha da física. No entanto, muitos físicos teóricos propuseram várias teorias sobre o que é a 4ª dimensão e como seria.

Cientificamente, podemos descrever esta dimensão, mas nunca podemos experimentá-la no reino físico.

Antes de nos aprofundarmos nos detalhes das 4 dimensões, precisamos entender quais são as primeiras dimensões.

Para começar, pegue um ponto que não tem extensão espacial – diremos que este é um espaço 0-D.

Esticar este ponto cria a primeira dimensão, que é uma linha reta com largura 0 e apenas comprimento.

Você só pode viajar de 2 maneiras – para frente ou para trás. Um espaço 2-D é uma pilha de espaços 1-D infinitos espalhados no sentido do comprimento ou largura. Um exemplo de forma 2-D seria um quadrado. Existem mais maneiras pelas quais se pode viajar em 2 dimensões – para frente, para trás, esquerda e direita. Um espaço 3-D é na verdade uma pilha infinita de espaço 2-D empilhados uns sobre os outros. No espaço 3-D, existem três eixos de coordenadas – geralmente rotulados como x, y e z – com cada eixo ortogonal (ou seja, perpendicular) aos outros dois.

As seis direções neste espaço são chamadas: cima, baixo, esquerda, direita, para frente e para trás.

Os comprimentos medidos ao longo desses eixos podem ser chamados de comprimento, largura e altura.

Agora, podemos descobrir as espetaculares e maravilhosas propostas científicas sobre a 4ª dimensão.

Progredir pela sequência de dimensões, extrapolar as inferências naturais entre cada dimensão e a próxima pode nos permitir fazer suposições prováveis sobre a quarta dimensão. Usando as informações acima, podemos concluir que uma forma 4-D seria uma pilha infinita de espaço 3-D. A nova dimensão é rotulada como ‘w’ e a medição é chamada de ‘força’.

As direções cardeais que você pode viajar ao longo dela são chamadas de ‘ana’ e ‘kata’.

No entanto, surge o problema de como adicionaríamos esta dimensão extra. Todas essas medidas dimensionais se estendem em uma direção perpendicular às três anteriores. A largura é perpendicular ao comprimento, a altura é perpendicular à largura e ao comprimento e, finalmente, trength é perpendicular à altura, comprimento e largura.

Nossos cérebros não conseguem visualizar como essa dimensão estaria realmente situada em um objeto 4-D ortogonalmente.

Em vez disso, podemos representar como os humanos compreenderiam uma forma 4-D para se parecer de nossa perspectiva 3-D. Perceberíamos um espaço 4-dimensional como uma projeção 3-D.

Essa noção está perfeitamente ligada ao princípio holográfico. Um Universo holográfico afirma que a informação que constitui o que observamos como realidade 3D é armazenada em uma superfície 2-D, incluindo o tempo. Portanto, de acordo com este princípio, tudo que você percebe e experimenta é uma ilusão, onde um volume de espaço é codificado em uma superfície dimensional inferior (assim como em um holograma). Um tesserato (também conhecido como hipercubo) é um objeto matemático quadridimensional com linhas de igual comprimento que se encontram em ângulos retos.

É a extensão do quadrado para um espaço quadridimensional da mesma forma que um cubo é a extensão da noção de um quadrado 2-D para um espaço tridimensional. Já que adicionamos outra dimensão, quatro linhas se encontram em cada vértice em ângulos retos. Na verdade, um tesserato tem “faces” 3-D, cada uma das quais é um cubo.

Em vez disso, podemos representar como os seres humanos compreenderiam uma forma 4-D para se parecer de nossa perspectiva 3-D. Perceberíamos um espaço 4-dimensional como uma projeção 3-D.

Essa noção está perfeitamente ligada ao princípio holográfico. Um Universo holográfico afirma que a informação que constitui o que observamos como realidade 3D é armazenada em uma superfície 2-D, incluindo o tempo. Portanto, de acordo com este princípio, tudo o que você percebe e experimenta é uma ilusão onde um volume de espaço é codificado em uma superfície dimensional inferior (assim como em um holograma).

Um hipercubo com seus vértices numerados de 1 a 16

Um tesserato (também conhecido como hipercubo) é uma estrutura quadridimensional objeto matemático com linhas de igual comprimento que se encontram em ângulos retos.

É a extensão do quadrado para um espaço quadridimensional da mesma forma que um cubo é a extensão da noção de um quadrado 2-D para um espaço tridimensional. Já que adicionamos outra dimensão, quatro linhas se encontram em cada vértice em ângulos retos. Na verdade, um tesserato tem “faces” 3-D, cada uma das quais é um cubo.

Este desenho de um tesserato não representa perfeitamente o que parece, porque o que temos acima são desenhos bidimensionais (uma vez que estão em uma tela de computador) de modelos tridimensionais de um tesserato quadridimensional. Está fadado a ser um pouco desconcertante. O tesserato 4-D também tem a propriedade desconcertante de criar uma sombra tridimensional em um plano 3-D. Na imagem acima, você pode ver que o tesseract na verdade possui 16 vértices no total.

Muitos físicos, incluindo Einstein como parte de sua “Teoria da Relatividade Especial”, propuseram que a quarta dimensão é o tempo.

Ele disse que o tempo deve ser uma dimensão como as outras dimensões espaciais porque o espaço e o tempo são inseparáveis. Se você deseja se mover através do espaço, não pode fazê-lo instantaneamente; você tem que ir de onde você está agora para outro local espacial, onde você só chegará em um determinado ponto no futuro. Se você está aqui agora, não pode estar em um lugar diferente no mesmo momento, você só pode chegar mais tarde. Para se mover através do espaço, você também precisa se mover através do tempo.

Conseqüentemente, eles argumentam que o tempo é a 4ª dimensão, uma vez que, sem ele, não podemos construir nenhum vetor de posição significativo com comprimento imutável. A dimensão do tempo é uma linha que vai do passado ao presente e ao futuro. Assim, o tempo como a quarta dimensão localiza a posição de um objeto em um determinado momento.

Se tivéssemos a capacidade de ver o espaço-tempo quadridimensional de um objeto (ou linha de mundo), ele se pareceria com uma linha espaguete que se estende do passado ao futuro, mostrando a localização espacial do objeto a cada momento no tempo.

Ao contrário das outras dimensões espaciais, só podemos avançar no tempo. As outras dimensões permitem que você se mova para os dois lados. Conseqüentemente, eles separam o tempo das dimensões espaciais e o chamam de dimensão temporal. Por outro lado, alguns pesquisadores, usando a lógica de outras dimensões, ainda têm esperança de encontrar buracos de minhoca no universo que se conectam a diferentes seções do espaço-tempo (ou seja, o passado).

As teorias científicas modernas, como a teoria das cordas, exigem a existência de dimensões superiores e esta teoria particular requer 10 dimensões. A teoria Kaluza-Klein (baseada na ideia de uma 5ª dimensão governando o eletromagnetismo) tenta unificar a teoria de campo da gravitação e do eletromagnetismo. Ele faz isso eliminando as discrepâncias entre os dois conceitos.

Os humanos são incapazes de perceber esta dimensão porque ela ocorre em um nível microscópico. É impossível perceber essa quinta dimensão, usando a energia disponível. No entanto, esta quinta dimensão também depende da quarta dimensão ser uma dimensão temporal, ou seja, o tempo.

Entrar em nosso mundo tridimensional como um ser 4-D permitiria que você fizesse algumas coisas incríveis que o fariam parecer “divino” para nós, humanos.

Algumas das coisas espetaculares que você poderia fazer incluem teletransporte e arrancar os humanos de nosso mundo 3-D para o hiperespaço (um mundo de dimensão superior).

Isso parece mágico para nós e torna a quarta dimensão uma maravilha da física.

O que é espaço multidimensional?

Os seres humanos experimentam a realidade do dia-a-dia em quatro dimensões: as três dimensões físicas e o tempo.

De acordo com a teoria da relatividade de Albert Einstein, o tempo é na verdade a quarta dimensão física, com características mensuráveis semelhantes às outras três. Um campo contínuo de estudo da física é a tentativa de explicar a relatividade e a teoria quântica, que governa a realidade em escalas muito pequenas. Diversas propostas neste campo sugerem a existência de um espaço multidimensional. Em outras palavras, pode haver dimensões físicas adicionais que os humanos não podem perceber.

A ciência em torno do espaço multidimensional é tão estonteante que mesmo os físicos que a estudam não a compreendem totalmente. Pode ser útil começar com as três dimensões observáveis, que correspondem à altura, largura e comprimento de um objeto físico. Einstein, em seu trabalho sobre a relatividade geral no início do século 20, demonstrou que o tempo também é uma dimensão física. Isso é observável apenas em condições extremas; por exemplo, a imensa gravidade de um corpo planetário pode realmente diminuir o tempo em sua vizinhança. O novo modelo de universo criado por essa teoria é conhecido como espaço-tempo.

Em teoria, a gravidade de um objeto massivo dobra o espaço-tempo em torno dele

Desde a era de Einstein, os cientistas descobriram muitos dos segredos do universo, mas não quase todos. Um importante campo de estudo, a mecânica quântica, é dedicado a aprender sobre as menores partículas da matéria e como elas interagem. Essas partículas se comportam de maneira muito diferente da matéria da realidade observável.

O físico John Wheeler disse: “Se você não está completamente confuso com a mecânica quântica, você não a entende”.

Foi sugerido que o espaço multidimensional pode explicar o estranho comportamento dessas partículas elementares.

Durante grande parte dos séculos 20 e 21, os físicos tentaram reconciliar as descobertas de Einstein com as da física quântica. Acredita-se que tal teoria explicaria muito do que ainda é desconhecido sobre o universo, incluindo forças mal compreendidas como a gravidade. Um dos principais candidatos a essa teoria é conhecido como teoria das supercordas, supersimetria ou teoria-M. Essa teoria, embora explique muitos aspectos da mecânica quântica, só pode ser correta se a realidade tiver 10, 11 ou até 26 dimensões. Assim, muitos físicos acreditam que o espaço multidimensional é provável.

As dimensões extras deste espaço multidimensional existiriam além da capacidade dos humanos de observá-las. Alguns cientistas sugerem que eles são dobrados ou enrolados nas três dimensões observáveis de tal forma que não podem ser vistos por métodos comuns. Os cientistas esperam que seus efeitos possam ser documentados observando como as partículas elementares se comportam quando colidem.

Muitos experimentos em laboratórios de aceleradores de partículas do mundo, como o CERN na Europa, são realizados para buscar essas evidências.

Outras teorias afirmam reconciliar a relatividade e a mecânica quântica sem exigir a existência de um espaço multidimensional; qual teoria é correta ainda está para ser ver.

Fonte: ysjournal.com/phys.org/www.birmingham.ac.uk/mitpress.mit.edu/www.wisegeek.org/www.researchgate.net/interestingengineering.com/case.edu/www.macmillandictionary.com/www.metalsupermarkets.com