x

Сколько измерений в нашем мире?

Страниц: 1
Печать

Автор темы
Старший пользователь
****





Все знают, что мы живем в мире с тремя пространственными измерениями и одним темпоральным. Но вдруг эта очевидная четырехмерность маскирует какие-то дополнительные измерения, которые не улавливаются нашими чувствами и теперешними приборами? Современная физика всерьез принимает такую возможность.

Чтобы всерьез задаваться вопросом о числе измерений нашего мира, прежде всего следует осознать, что он живет по квантовым законам. А вот пространство и время - понятия обыденного опыта, которые адаптировала классическая наука. Мы интуитивно склонны предполагать, что при любой геометрии Вселенной проблема ее размерности тоже имеет классическое решение. Такая постановка вопроса вполне законна, надо только помнить, что в ее основе лежат определенные допущения. Квантовая теория поля как раз и оперирует в классическом, неквантованном пространстве-времени.

Она позволяет строго доказать, что темпоральное измерение может быть только одно - я бы даже назвал это доказательство одним из ее триумфов. Причина в том, что движение частиц хотя бы в двух темпоральных измерениях порождает нестабильные состояния, которые в рамках квантовой теории поля не имеют физического смысла. В то же время эта теория не ограничивает число пространственных измерений, их в принципе может быть сколько угодно. Она также не запрещает этим измерениям быть разномасштабными и подчиняться различным геометриям.

Лилипуты и Гулливеры


Сейчас можно с уверенностью сказать, что, если дополнительные измерения существуют, их масштабы должны быть либо очень малыми, либо гигантскими. Уже известно, что в первом случае они не должны превышать 0,2 мм. Об этом свидетельствуют результаты прецизионных экспериментов, направленных на поиск отклонений от ньютоновского закона всемирного тяготения на малых расстояниях. При втором раскладе эти масштабы обязаны превосходить хаббловскую длину, расстояние, которое свет может пройти за время существования нашей Вселенной. Если бы существовали пространства промежуточных масштабов, наши приборы их бы уже заметили.

Наличие лишних измерений космологического порядка можно обнаружить посредством очень точного измерения параметров лунной орбиты с помощью лазерных локаторов. Иное дело измерения-лилипуты, на них могут вывести эксперименты на Большом адронном коллайдере. Если они существуют, то при разгоне стакивающихся протонов выше определенного порога, лежащего в рамках возможностей этой машины, должны рождаться крошечные черные дыры. Вряд ли стоит уточнять, что до сих пор они не обнаружены, но ведь еще не вечер. Во всяком случае, если БАК действительно выдаст черные дыры, их удастся отличить от частиц благодаря особенностям энергетического спектра.

Зачем нужно столько измерений?


Но с какой стати физики вообще говорят о лишних измерениях? Причин этому несколько, и самая известная - это появление теории суперструн, которая просто не работает в трехмерном пространстве. Если допустить, что все открытые и неоткрытые частицы представляют собой различные возбужденные состояния гипотетических квантовых одномерных объектов (это и есть струны), придется признать, что пространственная трехмерность нашего мира - всего лишь иллюзия.

Но для введения дополнительных пространств есть и более сильная мотивация. Мы располагаем стандартной моделью элементарных частиц, пока что это лучший и фактически единственный инструмент для их теоретического описания. Она имеет дело примерно с сотней различных частиц, однако никак не принимает в расчет гравитацию, которую описывает ОТО. Все мы надеемся, что когда-нибудь будет создана квантовая теория гравитации, которая объединит оба эти описания и сильно обогатит наши представления о квантах поля тяготения. Пока что в качестве таких квантов мы рассматриваем только гравитоны, гипотетические частицы с нулевой массой и спином, равным 2.

Как показывает теоретический анализ свойств черных дыр, у гравитонов должны существовать массивные партнеры, которые могут проявлять себя только на очень коротких расстояниях. Их можно рассматривать как более высокие энергетические состояния гравитона, его дополнительные гармоники или, если воспользоваться языком теории элементарных частиц, его резонансы. А с точки зрения квантовой теории поля наличие таких резонансов как раз и означает наличие дополнительных пространственных измерений.

Сколько всего измерений, 10 или 11?


Ученые занимающиеся квантовыми характеристиками черных дыр и доверяют выводам, которые следуют из их теоретического анализа. Поэтому у меня нет серьезных оснований сомневаться в том, что наше пространство в самом деле обладает скрытыми измерениями, которые еще не обнаружены. Однако конкретные масштабы этих измерений нам пока совершенно неизвестны.

Теория суперструн тоже требует дополнительных пространственных измерений, причем их количество нельзя считать каким-то абсолютом. Новые измерения вводятся в контексте рождения частиц, которые эта теория предсказывает. Некоторые задачи ставятся так, что количество дополнительных измерений оказывается равным шести, в то время как в других задачах оно вырастает до семи.

Соответственно, пространство-время теории суперструн предстает то 10-мерным, то 11-мерным. Тут нет никакой мистики, просто частицы предстают в разных обличьях. Это кажется парадоксом, но ведь квантовая физика по самой своей сути парадоксальна - во всяком случае по сравнению со своей классической предшественницей. Таковы фундаментальные законы природы, которые, помимо всего прочего, определяют и размерность нашего пространства-времени.
Страниц: 1
Печать
 
  • Уверенное «ДА» или твердое «НЕТ»?
  • Шампунь своими руками
  • Что делать если ребенок часто болеет?
  • Подробные портреты известных людей
  • Ubuntu Natty Narwhal
  • Что делать тем, кто любит петь за рулём?



Карта форума | iMode | WAP | WAP 2 | RSS
© TRK Sirius LTD, 2017
...