Размерность пространства-времени. 
Концепции современного естествознания

Обычно факт трехмерности пространства и одномерности времени физического мира, в котором мы живем, постулируется как аксиома. Это тоже одна из загадок: почему именно так, а не иначе? Сейчас этот вопрос ставится в такой форме: каким образом можно объяснить четырехмерность пространства-времени? Для ответа нужно найти теорию из физики микромира, в которой постулируемые классические представления о пространстве и времени возникали бы как вторичные для описания макроявлений.

Сложилось два подхода к решению проблемы размерности [4]:

• 1) изучение особенностей четырехмерной физической теории по сравнению с предполагаемыми теориями, использующими многообразие иных размерностей, отличных от четырехмерного (А. Эддингтон, П. Эренфест, А. Эйнштейн и их последователи);
• 2) построение теорий, соответствующих физическим взаимодействиям: электромагнитному, слабому, сильному и гравитационному, на основе размерности больше четырех (Т. Калуца, О. Клейн и их последователи).

Последователями первого подхода ставилась задача: вопервых, выбрать закон или фактор в пространстве-времени четырех измерений, который может претендовать на фундаментальность, и, во-вторых, исследовать, зависит ли он от размерности мира. В итоге была получена картина уникальности нашего четырехмерного мира и длинный список его особенностей. Так, например, только в условиях пространства-времени четырех измерений (и меньше) устойчивы атомы. Это направление исследований развивается, и пока не найдено достаточных оснований для замены постулата о четырехмерности каким-либо другим, столь же надежным постулатом.

Учеными, использовавшими второй подход, сначала была предложена единая пятимерная теория гравитации и электромагнитного поля, а затем и других полей. Сложилось иное, чем в первом случае направление мысли, но возникли и другие проблемы: что означают проявления пятимерности физического пространства-времени, как совместить пятимерные теории с особенностями четырехмерного пространства-времени, что кроется за следующими измерениями, на каком числе измерений следует остановиться, существует ли предел числу измерений. Начали интенсивно развиваться теории с увеличивающейся размерностью. При этом, конечно, возникали и новые проблемы. С проблемой размерности оказались связанными фундаментальные проблемы физики: объединение гравитационных взаимодействий с электромагнитными, слабыми, сильными и ряд других. На сегодня для объединения четырех видов физических взаимодействий считается достаточно семи или восьми измерений. Заметим, что история многомерных теорий поля пока далеко не закончена.

Появление представлений о многомерных пространствах является важной вехой в развитии учения о структуре пространства и времени в физике. До сих пор не сформулировано достаточных оснований для того, чтобы обязательно мыслить физические объекты в отношениях, соответствующих только четырехмерному представлению о пространстве-времени. Сегодня ставится иод сомнение и абсолютная истинность положения о непрерывности пространства и времени, выдвигается гипотеза об их дискретной природе. В частности, идею о квантовании пространства-времени развивал Р. Пенроуз, предложивший твисторную программу, о которой будет сказано ниже.