home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #26 / NN_1992_26.iso / spool / sci / physics / 18372 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-11-08  |  6.1 KB  |  121 lines

  1. Newsgroups: sci.physics
  2. Path: sparky!uunet!usc!sol.ctr.columbia.edu!destroyer!ncar!uchinews!ellis!sal7
  3. From: sal7@ellis.uchicago.edu (Rob Salgado)
  4. Subject: Re: dimensionality of space (/w references)
  5. Message-ID: <1992Nov7.183658.22238@midway.uchicago.edu>
  6. Sender: news@uchinews.uchicago.edu (News System)
  7. Reply-To: sal7@midway.uchicago.edu
  8. Organization: University of Chicago Computing Organizations
  9. References: <1992Nov06.211115.134895@watson.ibm.com> <1992Nov7.013240.1@stsci.edu>
  10. Distribution: na
  11. Date: Sat, 7 Nov 1992 18:36:58 GMT
  12. Lines: 107
  13.  
  14. In article <1992Nov7.013240.1@stsci.edu> zellner@stsci.edu writes:
  15. >In article <1992Nov06.211115.134895@watson.ibm.com>, lucas@watson.ibm.com (Bruce D. Lucas) writes:
  16. >> How do we know space is three-dimensional, or space-time
  17. >> four-dimensional?  Is there a simple experiment one can do to
  18. >> determine the dimensionality of space or of space-time?
  19. >
  20. >Keplerian orbits of planets around the sun.  They are stable in 2 or 3
  21. >dimensions, but I think not in most higher dimensionalities or in things
  22. >like 3 + delta dimensions.  Can someone confirm that?
  23. >
  24. >Ben
  25. >
  26.     For the question of orbital stability, refer to list of essays below.
  27.  
  28.  
  29. The dimensionality of spacetime has always been an interest of mine.
  30.  
  31. Below is a list of some papers and essays on the subject.
  32. I haven't read and worked through all of these.  So, I can't vouch for
  33. the validity of all of the various arguments.
  34.  
  35.         In my opinion, extrapolating physical laws into another dimension is
  36. not trivial and not unique.  One has to define what one takes as the "law"
  37. and its "natural" generalization, mathematically.  One should try to
  38. capture "just the physics" in the mathematics, leaving out extraneous things
  39. like a particular choice of coordinate-system or gauge. Then, do mathematical
  40. operations, and then _try_ to read off the "physics".
  41.         Consider Newtonian gravitation.  Is the "law" that mass points
  42. attract each other with an inverse-square force law, independent of the
  43. dimension of space?  Or as 1/r^(n-1)), where n is the dimension of
  44. space?  Or is it that the n-dimensional Poisson equation (del^2 phi= -rho)
  45. be satisfied?  These three are more-or-less equivalent in three space
  46. dimensions, but not in two dimensions, for example.
  47.         Just a thought: It might be nice to formulate the laws of physics
  48. in a "dimension-free" way and observing which phenomena arise naturally,
  49. independent of dimension, and which arise from picking out a particular
  50. choice of dimension.
  51.         It might be also good to remember that what we are doing is
  52. playing with our_mathematical_formulations_of_physical_laws, not the
  53. physical laws themselves.
  54.  
  55.         An interesting curiosity is described in Barrow's Dimensionality
  56. paper.  Suppose one takes as fundamental the natural constants of quantum
  57. mechanics and relativity, namely, the Planck constant h and the speed of
  58. light c.  And suppose one varies the coupling constants G, for gravity,
  59. and e, for electromagnetism, by insisting that the n-dimensional Poisson
  60. equation be satisfied.  Then, the dimensionless combinations of these
  61. constants are for n=1,2,3,4,5: G/hc^3, Ge^2/c^4, e^2/hc (of course),
  62. e^6/Gh^4, ce^4/Gh^3.  One gets the general combination using that
  63. [h]=ML^2/T, [c]=L/T, [G]=L^n/MT^2, [e^2]=ML^n/T^2, (M=mass, L=length,
  64. T=time, n=dim of space), and solving an algebraic equation, which can
  65. be written as [e^(2(n-1)) h^(-2(n-2)) G^-(n-3) c^(2(n-4))]=1.  This
  66. shows that for n<=4, one member of the set {h,c,G,e} does not appear
  67. in the dimensionless combination.  Is there any physics buried in here?
  68. or is it just a mathematical curiosity?
  69.  
  70.  
  71. ESSAYS:----- (some of these refer to the STABILITY OF ORBITS question)
  72. Ehrenfest, Paul. "In what way does it become manifest in the fundamental
  73.         laws of physics that space has three dimensions."
  74.         Koninklijke Akademie Van Wetenschappen Te Amsterdam, vol XX,
  75.         200-209 (1917). [Also in "Collected Works of Ehrenfest"(title?)]
  76. Ehrenfest, P. and Uhlenbeck, G.E. "On the connection of different
  77.         methods of solution of the wave equation in multidimensional spaces."
  78.         Collected Works of Ehrenfest (title?), 526-531 (1926).
  79. Barrow, J.D. "Dimensionality."
  80.         Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 310, 337-346 (1983)
  81. Barrow, J.D. and Tipler, F.J. The Anthropic Cosmological Principle. Ch 4.8
  82. Freeman, I.M. "Why is space three-dimensional?..."
  83.         Am.J.Phy. 37, 1222 (1969).
  84.  
  85. GENERAL RELATIVITY:---
  86. Lovelock, D. "The Uniqueness of the Einstein Field Equations in a
  87.         Four-Dimensional Space." Archive for Rational Mechanics and Analysis
  88.         vol 33, 54-70 (1969).
  89. Lovelock, D. "The Four-Dimensionality of Space and the Einstein Tensor."
  90.         J.Math.Phy. 13, 874-876.
  91. Deser, S., Jackiw, R., and 't Hooft, G. "Three-Dimensional Einstein Gravity:
  92.         Dynamics of Flat Space." Annals of Physics 152, 220-235 (1984).
  93. Giddings, S. ,Abbott, J., and Kuchar, K. "Einstein's Theory in a
  94.         Three-Dimensional Space-Time." Gen. Rel. and Grav. 16, 751-775 (1984).
  95. Tangherlini, F.R. "Schwarzschild Field in n Dimensions and the
  96.         Dimensionality of Space Problem."  Il Nuovo Cimento, XXVII,
  97.         636-651 (1963).
  98. Collas, P. "General relativity in two- and three-dimensional space times."
  99.         Am.J.Phy. 45, 833-837 (Sep 1977).
  100.  
  101. GENERAL PHYSICS:------
  102. Giddings, S. "Incoherent radiation in an n-dimensional space."
  103.         Am.J.Phy. 52, 1125-1126 (Dec 1984).
  104. Hochberg, D. and Wheeler, J.T. "Spacetime dimension from a variational
  105.         principle." Phys.Rev.D. 43, 2617 (1991).
  106. Lapidus, I.R. "Fundamental units and dimensionless constants in a universe
  107.         with one, two, and four space dimensions."  Am.J.Phy. 49,
  108.         890-891 (Sep 1981).
  109. Lapidus, I.R. "Classical electodynamics in  a universe with two space
  110.         dimensions."  Am.J.Phy. 50, 155-157 (Feb 1982).
  111. Landsberg, P.T. and Alexis De Vos "The Stefan-Boltzmann constant in
  112.         n-dimensional space." J.Phys.A:Math.Gen. 22, 1073-1084 (1989).
  113.  
  114. Rob Salgado
  115. sal7@ellis.uchicago.edu
  116. rbsalgad@rodan.acs.syr.edu
  117. -- 
  118. ROB SALGADO                                      There is no such thing as
  119. sal7@ellis.uchicago.edu                          gravity....      
  120. rbsalgad@rodan.acs.syr.edu                         ...the earth just sucks.
  121.