Kể từ khi các nhà khoa học lần đầu tiên đề xuất khái niệm không gian bốn chiều, nó giống như một cánh cửa bí ẩn, khơi dậy sự tò mò và mơ mộng của vô số người. Chúng ta sống trong một thế giới ba chiều, nhưng chúng ta đầy tò mò và tưởng tượng vô hạn về những không gian nhiều chiều hơn. Nhưng liệu không gian bốn chiều có thực sự tồn tại? Nếu nó tồn tại, con người có thể đi vào không gian bốn chiều không? Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta bước vào đó?
Khái niệm không gian bốn chiều không chỉ đơn giản là thêm chiều thời gian vào không gian ba chiều mà còn đề cập đến một không gian có bốn chiều độc lập. Trong toán học, một không gian như vậy thường được gọi là "Tesseract" hay "không gian Euclide bốn chiều". Nếu chúng ta coi chiều dài, chiều rộng và chiều cao là ba chiều của không gian ba chiều thì không gian bốn chiều sẽ thêm một chiều mới, thường được gọi là "siêu không gian" hoặc "chiều thứ tư". Trong không gian bốn chiều, một vật thể có thể chuyển động trong một chiều bổ sung ngoài ba chiều quen thuộc. Chiều bổ sung này không phải là chiều thời gian mà là chiều không gian thực.
Điều này có nghĩa là trong không gian bốn chiều, chúng ta có thể có cách nhận biết chuyển động và vị trí hoàn toàn khác so với cách chúng ta nhận biết trong không gian ba chiều. Khái niệm không gian bốn chiều có từ thế kỷ 19, khi một số nhà toán học và triết học bắt đầu nghĩ về không gian ngoài ba chiều.
Vào cuối thế kỷ 19, nhà toán học người Anh Charles Howard Hinton lần đầu tiên khám phá một cách có hệ thống khái niệm không gian bốn chiều trong cuốn sách "Chiều thứ tư" của ông. Ông đề xuất một số phương pháp cho phép người đọc hiểu không gian bốn chiều thông qua trí tưởng tượng, chẳng hạn như tương tự hóa các vật thể bốn chiều thông qua việc chiếu và mở ra các vật thể ba chiều.
Vào đầu thế kỷ 20, nhà toán học người Đức David Hilbert và nhà toán học người Pháp Henri Poincare cùng những người khác cũng tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về không gian nhiều chiều. Các nhà toán học cố gắng mô tả chính xác hơn các tính chất và hành vi của không gian bốn chiều bằng cách xây dựng các mô hình toán học khác nhau.
Không gian Euclide bốn chiều là mô hình không gian bốn chiều cơ bản nhất. Trong mô hình này, mỗi điểm trong không gian bao gồm bốn tọa độ, các tọa độ này biểu thị vị trí của một vật thể trên bốn trục vuông góc lẫn nhau, tương tự như không gian ba chiều mà chúng ta quen thuộc. Ngoài không gian Euclide bốn chiều, một mô hình không gian bốn chiều quan trọng khác là không gian Minkowski. Mô hình này được nhà vật lý người Đức Hermann Minkowski đề xuất khi ông đang nghiên cứu thuyết tương đối.
Không gian Minkowski coi thời gian là chiều thứ tư, chiều này được kết hợp với không gian ba chiều để tạo thành không-thời gian bốn chiều. Mô hình không-thời gian bốn chiều này cung cấp cơ sở toán học cho thuyết tương đối rộng của Einstein. Trong không gian Minkowski có sự kết nối chặt chẽ giữa thời gian và không gian. Khoảng cách giữa hai điểm không chỉ phụ thuộc vào sự khác biệt về vị trí của chúng trong không gian mà còn phụ thuộc vào sự khác biệt về thời gian.
Điều gì sẽ xảy ra nếu con người có thể vượt qua những hạn chế hiện tại và bước vào không gian bốn chiều thành công? Các nhà khoa học đã đưa ra một số phỏng đoán có thể. Sau khi bước vào không gian bốn chiều, phương thức nhận thức và vận động của con người sẽ có những thay đổi căn bản.
Trong không gian bốn chiều, chúng ta không chỉ có thể di chuyển tiến và lùi, trái và phải, lên và xuống mà còn có thể di chuyển tự do trong chiều thứ tư. Điều này sẽ cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về vị trí và chuyển động. Ví dụ, chuyển động của một vật thể trong không gian bốn chiều có thể khiến nó đột ngột biến mất hoặc xuất hiện, phá vỡ quan niệm truyền thống của chúng ta về tính liên tục.
Ngoài ra, các hiện tượng vật lý trong không gian bốn chiều sẽ hoàn toàn khác với các hiện tượng vật lý trong không gian ba chiều của chúng ta. Ví dụ, trọng lực, sự truyền ánh sáng và cấu trúc vật chất đều sẽ thay đổi trong không gian bốn chiều. Sự tương tác của các vật thể trong không gian bốn chiều có thể phức tạp hơn. Ví dụ, sự truyền ánh sáng trong không gian bốn chiều có thể hình thành những hiệu ứng hình ảnh hoàn toàn mới và lực hấp dẫn có thể hoạt động theo những cách hoàn toàn khác.
Nếu con người có thể sống trong không gian bốn chiều, các tòa nhà, phương tiện giao thông, tổ chức xã hội, v.v. của chúng ta sẽ trải qua những thay đổi chấn động. Các tòa nhà không còn chỉ là cấu trúc ba chiều mà là các thiết kế bốn chiều tận dụng chiều không gian thứ tư để tối ưu hóa việc sử dụng và chức năng. Các phương tiện sẽ có thể di chuyển trong không gian bốn chiều, rút ngắn đáng kể khái niệm về khoảng cách và thời gian.
Tất nhiên, đây là những phỏng đoán của các nhà khoa học. Có thể không gian bốn chiều sẽ không đẹp như chúng ta tưởng tượng. Ngay khi con người bước vào không gian bốn chiều, họ có thể dần dần biến thành tro bụi không để lại dấu vết nào trong thế giới đó - có thể sẽ tốn rất nhiều công sức để đi vào không gian bốn chiều, cái giá phải trả là phải từ bỏ cơ thể, chỉ có ý thức vô hình mới có thể tồn tại, nhưng điều này vẫn chưa chắc chắn.
Mặc dù có rất nhiều thách thức khi thực sự bước vào không gian bốn chiều, nhưng về mặt lý thuyết, việc khám phá các khả năng của nó vẫn là một chủ đề thú vị. Có một số lý thuyết chính trong vật lý hiện đại đưa ra khả năng tồn tại không gian bốn chiều.
Lý thuyết dây là một lý thuyết cố gắng thống nhất vật lý hạt và thuyết tương đối rộng, lập luận rằng tất cả các hạt cơ bản thực sự là những mô hình rung động "dây" một chiều rất nhỏ. Một đặc điểm quan trọng của lý thuyết dây là nó dự đoán sự tồn tại của không gian nhiều chiều.
Theo lý thuyết dây, vũ trụ có thể có mười chiều trở lên, trong đó có sáu chiều ẩn trở lên. Những chiều bổ sung này có thể bị cuộn chặt ở quy mô cực nhỏ, khiến chúng khó được nhận biết trực tiếp trong cuộc sống hàng ngày.
Lý thuyết Brane (lý thuyết màng) là sự mở rộng của lý thuyết dây. Nó giả định rằng vũ trụ ba chiều của chúng ta là một màng ba chiều được nhúng trong một không gian có chiều cao hơn. Không gian nhiều chiều này được gọi là "không gian khối" và có thể bao gồm bốn chiều trở lên.
Lý thuyết Brane cung cấp một cách giải thích các hiện tượng nhiều chiều, chẳng hạn như cách sóng hấp dẫn lan truyền trong không gian nhiều chiều. Điều này có nghĩa là không gian nhiều chiều không chỉ là một giả thuyết toán học mà có thể tồn tại về mặt vật lý và ảnh hưởng đến vũ trụ của chúng ta. Ngoài các cuộc thảo luận về vật lý, nghiên cứu tâm lý học và ý thức cũng cung cấp những góc nhìn mới cho sự hiểu biết về không gian bốn chiều.
Mặc dù những nghiên cứu này không thể trực tiếp đưa chúng ta vào không gian bốn chiều nhưng chúng có thể giúp chúng ta khám phá khái niệm không gian bốn chiều ở cấp độ nhận thức và ý thức. Một số nhà tâm lý học và triết học cho rằng ý thức có thể đa chiều. Nói cách khác, ý thức của con người không bị giới hạn trong không gian ba chiều và có thể tiếp xúc hoặc trải nghiệm các chiều không gian cao hơn theo một cách nào đó.
Bằng cách mở rộng ý thức của mình, chúng ta có thể “đi vào” chiều thứ tư theo một cách phi vật lý nào đó. Mặc dù quan điểm này vẫn còn trong giai đoạn thảo luận lý thuyết nhưng nó cung cấp một ý tưởng thú vị. Là một khái niệm đầy bí ẩn và thách thức, không gian bốn chiều không chỉ kích thích sự nhiệt tình nghiên cứu của các nhà khoa học mà còn khơi dậy trí tưởng tượng vô hạn của con người.
Mặc dù con người hiện không thể thực sự đi vào không gian bốn chiều, nhưng thông qua nghiên cứu và khám phá lý thuyết liên tục, chúng ta có thể khám phá không gian bốn chiều trong tương lai và mang lại những bước đột phá mới cho nền văn minh nhân loại.
Tham khảo: Zhihu
