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

Конечно, мы пока не знаем, имеет ли локально локализованная гравитация отношение к реальному миру. Мы не знаем даже, существуют ли дополнительные измерения, или, если они существуют, что с ними стало. Но если теория струн права, дополнительные измерения есть. Они могут быть скрыты или компактификацией, или локализацией (или локальной локализацией), или какой-либо комбинацией этих двух возможностей. Многие специалисты по теории струн продолжают верить, что ответ дает компактификация, но поскольку в теории гравитации, которая получается из теории струн, так много загадок, уверенным быть нельзя. Я рассматриваю локализацию как новый выбор. Когда гравитация локализована, физические законы таковы, как если бы дополнительных измерений не было, в точности так же, как со свернутыми измерениями. Поэтому локализованная гравитация дополняет наш инструментарий для построения моделей и повышает шансы открыть реализацию теории струн, которая согласовывается с экспериментом. Мне нравится то, что локально локализованная гравитация концентрируется на том, что мы действительно можем проверить. Она говорит только, что вселенная должна выглядеть четырехмерной там, где мы можем это проверить — а не то, что она должна быть четырехмерной. Наши три пространственных измерения могут быть просто случайным следствием нашего расположения. Эта идея пока еще не была полностью изучена. Но вполне оправдан вопрос о том, что различные области пространства могли бы иметь разное число измерений. В конце концов, новая физика открывается всякий раз, когда мы зондируем более короткие расстояния за пределами того, что мы уже видели раньше. Возможно, то же самое справедливо и для больших расстояний: если мы живем на бране, то кто знает, что находится вне ее?

Что нового

• Локализованная гравитация представляет собой локальный феномен. Она не зависит от удаленных областей пространства-времени.

• Гравитация может вести себя так, как если бы мир имел разное число измерений в разных областях, поскольку локализованный гравитон не обязательно простирается во всем пространстве.

• Мы можем жить в изолированном кармане пространства, который кажется четырехмерным.

But I still haven’t found what I’m looking for.

U2[181]

Сказания о снах Афины о 1D-ленде, бранах и пяти измерениях передавались из поколения в поколение. Когда Икар XLll их услышал, он захотел проверить, была ли в этих рассказах доля истины. Поэтому он завел свой Алисэксвир и задал очень малый масштаб — не настолько малый, чтобы появились струны, но достаточно малый, чтобы проверить, есть ли пятое измерение. Алисэксвир послушно подчинился и привез Икара в пятимерный мир.

Но Икар не был полностью удовлетворен. Он помнил необычные вещи, которые случились раньше, когда он баловался с опциями гиперпривода. Поэтому он опять повернул рычаг гиперпривода — и опять все бешено переменилось. Икар не мог узнать ни одного привычного объекта. Он мог сказать только одно: пятое измерение исчезло.

Икар был в замешательстве. Поэтому он запросил в Спейснете информацию об «измерениях». Он побродил по многочисленным сайтам, отбрасывая кучу надоедливого спама, но скоро понял, что ему нужно уточнить критерии поиска. Когда же он снова не смог найти ничего определенного, он признал, что в ближайшее время узнать фундаментальную причину возникновения измерений не удастся. Поэтому Икар решил переключиться на путешествия во времени.

Физика вступила в замечательную эру. Идеи, которые когда-то были в царстве научной фантастики, входят в сферу нашей теоретической — и, возможно, даже экспериментальной — достижимости. Новейшие теоретические открытия о дополнительных измерениях необратимо изменили представление физиков-частичников, астрофизиков и космологов о нашем мире. Само количество и темп открытий говорят нам, что мы, вероятно, только дотронулись до крышки сокровищницы. Идеи обрели свою собственную жизнь.

Тем не менее нужно еще до конца ответить на многие вопросы, и наше путешествие еще далеко от завершения. Физики-частичники по-прежнему хотят знать, почему мы видим именно эти силы, и есть ли еще другие? Откуда берется масса и свойства близких частиц? Мы также хотим знать, верна ли теория струн. И если да, то как она связана с нашим миром?

Недавние космические наблюдения подбросили еще больше загадок, которыми мы хотим заняться. Из чего состоит большая часть энергии и вещества во Вселенной? Была ли короткая фаза взрывного расширения на ранней стадии эволюции Вселенной, и если да, то что ее вызвало? И каждый хочет знать, какой была Вселенная, когда она только начиналась.

Мы теперь знаем, что гравитация может вести себя очень по-разному на различных масштабах длины. На очень малых расстояниях только квантовая теория гравитации, такая как теория струн, будет описывать это взаимодействие. На больших масштабах общая теория относительности работает удивительно хорошо, но современные наблюдения Вселенной на очень больших расстояниях ставят космологическую загадку о том, что ускоряет ее расширение. А на еще больших расстояниях мы достигаем космологического горизонта, за которым мы вообще ничего не знаем.

Одним из интригующих аспектов теорий с дополнительными измерениями является то, что они естественным образом дают разные следствия на разных масштабах. Проявление гравитации в таких теориях на расстояниях меньших, чем свернутые измерения, или там, где кривизна слишком мала для того, чтобы оказывать влияние, отличается от ее поведения на больших расстояниях, где дополнительные измерения могут быть невидимы, или где искривление становится важным. Это дает нам основания думать, что дополнительные измерения могли бы когда-нибудь пролить свет на некоторые таинственные черты космоса. Если мы действительно живем в многомерном мире, мы, конечно же, не можем пренебрегать космологическими следствиями этого. Некоторые исследования в этой области уже были сделаны, но я уверена, что нас ожидает еще много интересных результатов.

Куда, на мой взгляд, физика пойдет дальше? Есть слишком много возможностей, для того чтобы их перечислять. Но позвольте мне описать несколько интригующих наблюдений, которые подсказывают, что еще много важных теоретических сюрпризов остается в запасе — тех, которые могут приблизиться к ответу в ближайшее время. Все эти тайны сконцентрированы вокруг вопроса, который в этом месте может показаться шокирующим, а именно:

Что же вообще такое измерения?

Как я могу задавать такой вопрос так поздно? Ведь я уже посвятила большую часть этой книги обсуждению дополнительных измерений и некоторым возможным следствиям предложенных миров с такими измерениями. Но теперь, когда я рассказала вам, что мы понимаем об измерениях, позвольте мне ненадолго вернуться к этому вопросу.

Так что же в действительности означает число измерений? Мы знаем, что число измерений определяется как число величин, необходимых для задания положения точки в пространстве. Но в гл. 15 и 16 я привела примеры, показывающие, что десятимерные теории иногда имеют те же физические следствия, что и одиннадцатимерные.