Закрученные пассажи. Проникая в тайны скрытых размерностей пространства - Лиза Рэндалл

Конечно, даже если частицы Стандартной модели захвачены на брану, теория будет все еще иметь больше измерений, чем мы видим вокруг. Если мир на бранах ХВ должен соответствовать реальности, шесть его измерений должны быть невидимы. Хоржава и Виттен предположили, что шесть измерений свернуты в крохотное многообразие Калаби — Яу.

Если шесть измерений свернуты, о вселенной ХВ можно думать как о пятимерной эффективной теории с четырехмерными граничными бранами. Такая картина пятимерной вселенной с двумя граничными бранами интересна и исследовалась многими физиками. Раман и я применили определенную технику, которую Берт Оврут и Дэн Уолдрам использовали для изучения эффективной теории ХВ, к различным пятимерным теориям, о которых я расскажу в гл. 20 и 22.

Одно поразительное свойство мира на бранах ХВ заключается в том, что он может включить в себя не только частицы и взаимодействия Стандартной модели, но также и полную теорию Великого объединения. Поскольку гравитация берет начало в высших измерениях, оказывается возможным, что гравитация и другие взаимодействия будут иметь в этой модели одинаковые константы при высоких энергиях.

Мир на бранах ХВ иллюстрирует три причины, благодаря которым миры на бранах могут иметь отношение к физике в реальном мире. Во-первых, он включает более одной браны. Это означает, что он может содержать взаимодействия и частицы, взаимодействующие друг с другом только слабо из-за расстояния между двумя бранами, на которых они закреплены. Частицы, удерживаемые на разных бранах, могут сообщаться друг с другом только через общие взаимодействия с частицами в балке. Это первое свойство окажется важным в моделях секвестирования, которые мы рассмотрим в следующей главе.

Второе важное свойство мира на бранах заключается в том, что любой мир на бранах вводит в физику новые масштабы длины. Эти новые масштабы, например размер дополнительных измерений, могут иметь отношение к объединению взаимодействий или проблеме иерархий. Проблемы в каждой из этих теорий сосредоточены вокруг вопроса о том, почему в единой теории должны быть настолько различные энергетические и массовые масштабы и почему квантовые эффекты не стремятся их сгладить.

Наконец, браны и балк могут нести энергию. Эта энергия может быть запасена в бранах и в многомерном балке; она не зависит от присутствия частиц. Как и все формы энергии, эта энергия искривляет пространство-время балка. Скоро мы увидим, что такая кривизна пространства-времени, вызванная распределенной повсюду в пространстве энергией, может быть очень важной для миров бран.

Мир бран Хоржавы — Виттена, безусловно, имеет много поразительных свойств. Однако он также испытывает трудности, которые, по-видимому, присущи всем реализациям теории струн при воспроизведении известной физики. Теорию ХВ очень трудно проверить экспериментально, так как ее измерения очень малы. Многие невидимые частицы должны быть достаточно тяжелыми, чтобы избежать детектирования, а шесть измерений теории должны быть свернуты, хотя ни размер, ни форма свернутых измерений пока что не определены.

Следуя таким путем, можно случайно наткнуться на версию теории струн, правильно описывающую природу; такую возможность полностью исключить нельзя. Однако для этого нам действительно должно очень повезти. Но проблемы физики частиц также требуют к себе внимания, и стоит исследовать, как их можно решить в мире с дополнительными пространственными измерениями и бранами, простирающимися только вдоль некоторых их них. Этому посвящена оставшаяся часть книги.

Что стоит запомнить

• Миры на бранах возможны в рамках теории струн. Частицы и взаимодействия в теории струн могут захватываться на браны.

• Гравитация отлична от всех других взаимодействий. Она никогда не захватывается браной и всегда распространяется вдоль всех измерений.

• Если теория струн описывает вселенную, она может содержать много бран. В этом смысле миры на бранах очень естественны.

Несмотря на действующий на небесной бране полный запрет на азартные игры, Икар III все-таки не удержался. Он проигнорировал несколько предупреждений, поэтому его приговорили к заключению на Тюремной бране, далекой бране, отделенной от Небесной браны пятым измерением. Но даже находясь в заключении, он упорно пытался установить контакты со своими прежними дружками. Однако расстояние между двумя бранами делало общение затруднительным. Ему приходилось подолгу голосовать, чтобы привлечь внимание почтальонов, разносивших почту по балку, ибо многие почтальоны игнорировали его мольбы. Те немногие, кто останавливались, всегда доставляли его послания на небесную брану, хотя скорость доставки была удручающе малой.

Тем временем на Небесной бране начались беспорядки. Ангелы-хранители, которые так храбро спасли иерархию, не испытывали никакого уважения к семейным ценностям других обитателей и были на грани создания межпоколенческой нестабильности. падшие небесные ангелы считали приемлемыми любые пары и поощряли всех к помолвкам с партнерами из другого поколения.

Когда Икар осознал опасность, он был ошеломлен. Он решил непременно исправить ситуацию. Икар понял, что неторопливое общение с Небесной браной, к которому его вынуждали обстоятельства, может сыграть на руку, и позволит постепенно унять непомерную гордыню вышедших из-под контроля ангелов. Вмешательство Икара помогло, и ангелы перестали угрожать общественному порядку. И хотя Икар III по-прежнему должен был отбывать свой срок, избавленные от опасности обитатели небесной браны с тех пор всегда славили его в своих мифах.

Эта глава посвящена понятию уединения, одной из причин, по которым дополнительные измерения могут оказаться важными для физики частиц. Уединенные частицы физически разделены на разных бранах. Если разные частицы помещены в разную окружающую среду, уединение могло бы объяснить определенные свойства, отличающие одну частицу от другой. Уединение могло бы быть причиной, по которой анархический принцип, утверждающий, что все должно взаимодействовать, оказывается не всегда верным. Если частицы разделены в дополнительных измерениях, они не так охотно взаимодействуют друг с другом.

В принципе, частицы могут быть уединены и в трех пространственных измерениях. Но, насколько мы знаем, все направления и все точки в трехмерном пространстве равноправны. Известные законы физики утверждают, что каждая частица может находиться где угодно в наблюдаемых трех измерениях, так что уединение в трех измерениях — это не выход. Однако в многомерном пространстве фотоны и заряженные объекты не обязательно могут находиться где угодно. Дополнительные измерения предлагают способ разделения частиц. Определенные типы частиц могут удерживаться в отдельных областях пространства, занятых разными бранами. Так как не все точки в дополнительных измерениях выглядят одинаково, эти измерения дают способ разделения частиц путем удержания разных типов частиц на разделенных бранах.