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

Реакция со стороны теоретиков-струнников также была смешанной. Когда Савас Димопулос приступил к работе над своим проектом, он предвидел, что изучение дополнительных измерений приведет к более тесному объединению теории струн и физики частиц. И теоретики-струнники обратили внимание на работу, хотя большинство из них рассматривали большие дополнительные измерения как интересную идею, которая никогда не будет иметь отношения к теории струн. Для теоретиков-струнников главная проблема была теоретической: очень трудно понять, каким образом измерения могут быть настолько большими, как предполагается в схеме АДД.

Лично я не верила, что дополнительные измерения, даже если они существуют, окажутся столь большими[150]. И по теоретическим причинам (трудно получить измерения, которые столь велики), и по экспериментальным (очень трудно получить работающую космологию), идея выглядит как общий план. Даже Нима, один из адептов идеи, высказывает в этом месте сомнения. Но это была очень важная теоретическая идея. Это новое, ранее не исследовавшееся предложение высветило размеры нашего незнания о гравитации и форме вселенной. Работа АДД стимулировала много новых мыслей, и окажется ли она правильной или нет, она уже оказала важное влияние на мысли физиков. Сценарии с большими измерениями привели к множеству новых предложений по дополнительным измерениям, и предложили много идей для экспериментальной проверки. После того как заработает БАК, теоретические предубеждения будут отброшены, так как следствия точных данных будут неопровержимыми. Кто знает? Они могут оказаться правы.

Что нового

• Если частицы Стандартной модели закреплены на бране, дополнительные измерения могут быть намного больше, чем ранее думали физики: размер этих измерений может быть порядка десятой доли миллиметра.

• Дополнительные измерения могут быть настолько большими, что они могут объяснить, почему тяготение настолько слабее электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий.

• Если большие дополнительные измерения решают проблему иерархии, гравитация в пространстве больших дополнительных измерений может стать сильной при энергии порядка ТэВ.

• Если гравитация в пространстве с дополнительными измерениями становится сильной при энергии порядка ТэВ, то БАК будет рождать частицы КК с измеримой вероятностью. Частицы КК будут уносить энергию соударения, так что их сигнатурой (характерным признаком) будут события с потерявшейся энергией.

Афина вздрогнула и проснулась. К ней снова и снова возвращался тот сон, когда за входом в кроличью нору ее ждал сказочный мир. Но сейчас, когда Кролик объявил: «Следующая остановка — Двумерная страна», Афина не шелохнулась и стала ждать, что же будет дальше.

На остановке в трех пространственных измерениях Кролик объявил: «Если Вы здесь жили, то сейчас окажетесь дома». Но он отказался открыть двери, несмотря на заявления Афины, что она действительно живет здесь и очень хочет вернуться домой.

На следующей остановке попытались войти одетые в униформу шестимерщики. Но Кролик бросил взгляд на их непомерно раздавшиеся тела и резко закрыл двери, говоря, что они вряд ли поместятся, они быстро удалились, после того как Кролик пригрозил обтесать их со всех сторон[152].

Лифт продолжал свое необычное движение. Когда он опять остановился, кролик объявил: «Закрученная геометрия — пятимерный мир»[153]. Он ласково подтолкнул Афину к двери и посоветовал: «Войди в комнату смеха — тебя вернут домой». Так как Кролик упомянул пятое измерение, Афине это показалось маловероятным. Но у нее не было никакого выбора, кроме как войти и надеяться на правоту хитрого Кролика.

Когда вы изучаете иностранный язык, слова, которые вы запоминаете, зависят от ваших конкретных нужд или интересов. Например, во время велосипедного путешествия по Италии, я научилась множеству разных способов просить воды — aqua di rubinetto, aqua minerale, aqua (minerale) gassata, aqua (minerale) naturale и т. п. Аналогично, изучая новые физические сценарии, каждый физик имеет свои собственные представления и собственные вопросы и может поэтому обратить внимание на определенный ряд свойств системы или обнаружить разные приложения того, что уже известно. Каждый из нас может услышать что-то свое, даже когда он сталкивается с теми же словами или ситуациями. Имеет смысл внимательно слушать.

Раман и я размышляли над проблемой иерархии в течение многих лет. Но когда мы начали свое сотрудничество, мы не искали нового, лучшего решения этой проблемы. Мы работали над моделью уединенного нарушения суперсимметрии, которую я описала в гл. 17. В процессе этой работы мы случайно обнаружили замечательную закрученную геометрию пространства-времени (частный тип искривленной геометрии, о которой я вскоре расскажу), ограниченного двумя бранами. Поскольку Раман и я занимались физикой частиц и слабостью гравитационного взаимодействия, мы немедленно поняли потенциальную важность закрученной геометрии: если Стандартная модель физики частиц «живет» в этом пространстве-времени, проблема иерархии может быть решена. Я не уверена, что мы были первыми, изучившими эту конкретную систему уравнений Эйнштейна. Но мы, безусловно, были первыми, кто осознал, что она имеет поразительные последствия.

Следующие несколько глав поясняют эту и другие примечательные возможности искривленного пространства-времени и то, как эти следствия иногда не соответствуют нашим ожиданиям. В этой главе внимание сосредоточено на закрученном пятимерном мире, который может помочь объяснить огромный диапазон масс в физике частиц. В то время как в четырехмерной квантовой теории поля частицы обычно имеют примерно одинаковые массы, в закрученной многомерной геометрии это уже не так. Закрученные геометрии определяют структуру, в которой очень естественно возникают несоизмеримые массы, а квантовые эффекты находятся под контролем.

В конкретной геометрии, описанной в этой главе, мы увидим, что пространство так сильно скручено в присутствии двух плоских граничных бран, что проблема иерархии в физике частиц автоматически решается, не требуя присутствия большого измерения или какого-то другого большого числа. В этом сценарии одна брана испытывает действие большой силы гравитации, а другая не испытывает этого действия вообще. Вдоль пятого измерения пространство-время изменяется так быстро, что оно превращает скромное число, связанное с расстоянием между двумя бранами, в огромное число (порядка десяти миллионов миллиардов), связанное с относительной интенсивностью гравитационного взаимодействия.