Скрытые миры: Почему гравитация так слаба и где могут прятаться дополнительные измерения
В 1919 году физик Теодор Калуца выдвинул смелую гипотезу: существование дополнительных измерений может разрешить некоторые из самых сложных проблем в физике. И хотя мы до сих пор не нашли никаких свидетельств существования чего-либо за пределами нашего четырёхмерного пространства-времени, у этой идеи по-прежнему есть множество интригующих и перспективных вариантов.
Одна из главных загадок современной физики — это «проблема иерархии». Если просто, сила гравитации необъяснимо слаба. Она в миллиарды раз слабее, чем любая из других фундаментальных сил, и мы не знаем, почему.
Одно из странных возможных объяснений заключается в том, что гравитации позволено нечто особенное, чего лишены другие силы. Возможно, существует больше измерений, чем мы привыкли думать. Все остальные силы «заперты» в нашем пространстве-времени, а гравитация может «просачиваться» в эти дополнительные измерения. Это «разбавляло» бы её, из-за чего в нашем обычном опыте она кажется такой слабой.
Но это порождает другой важный вопрос: где же, собственно, эти дополнительные измерения? Мы не чувствуем и не обнаруживаем никакой дополнительной свободы движений. Единственный ответ — дополнительные измерения должны быть свёрнуты в такие малые масштабы, что мы их не замечаем. Когда мы движемся по Вселенной, мы на самом деле бесчисленное количество раз огибаем эти свёрнутые измерения с каждым своим, даже самым маленьким, шагом. Мы ничего не замечаем, и жизнь идёт своим чередом.
Теория струн давно использует идею дополнительных измерений для своей внутренней согласованности. Однако объяснение слабости гравитации может использовать ту же фундаментальную концепцию, без необходимости привлекать всю сложность теории струн. Чтобы сделать гравитацию настолько слабой, какова она есть, дополнительные измерения должны иметь размер порядка одной десятой миллиметра. Это невообразимо огромная величина по меркам субатомных процессов. И единственная причина, по которой мы не заметили таких больших измерений, — это то, что только гравитация может в них «проникать».
Что удивительно, существуют способы заглянуть в скрытые измерения, не имея к ним прямого доступа. Представьте себе туго свёрнутую трубку из бумаги, по краю которой вы отправляете безмассовую частицу, например, фотон. Эта частица будет двигаться вдоль трубки, но также и по её окружности.
Если смотреть на трубку издалека, вы не увидите её свёрнутого измерения. Вы увидите, как фотон движется вдоль неё, но поскольку часть его движения будет происходить в невидимом для нас измерении, со стороны будет казаться, что он движется медленнее скорости света. А частицы, движущиеся медленнее света, обладают массой. Это значит, что если бы фотоны могли проникать в дополнительные измерения, они не были бы безмассовыми.
Мы strongly подозреваем, что гравитация переносится безмассовыми частицами — гравитонами. Эти гравитоны должны были бы двигаться со скоростью света, но если бы они могли проникать в дополнительные измерения, они казались бы нам массивными. И из-за странных законов квантовой механики и волновой природы частиц мы наблюдали бы бесконечное разнообразие гравитонов с разными массами.
Таким образом, ключ к разгадке тайны дополнительных измерений — это проведение экспериментов на высокоэнергетических коллайдерах и поиск любых массивных частиц, похожих на гравитоны.
Но, несмотря на все усилия физиков, ничего подобного обнаружено не было. Это не отменяет саму идею, но делает её менее привлекательной. Чтобы соответствовать текущим экспериментальным данным, дополнительные измерения должны быть чрезвычайно малы — гораздо меньше, чем требуется для объяснения слабости гравитации.
Однако выход может существовать. В 1999 году физики Лиза Рэндалл и Раман Сандрум развили идею дополнительных измерений. Вместо того чтобы считать их плоскими, они допустили, что эти измерения могут иметь собственную кривизну. Эта гибкость позволяет измерениям быть достаточно большими, чтобы объяснить слабость гравитации, но при этом делает гравитоны необнаружимыми для современных коллайдеров.
Это и хорошая, и плохая новость: такая модель позволяет всей этой концепции решать проблему иерархии, одновременно уклоняясь от текущих экспериментальных ограничений.
Сегодня поиск дополнительных измерений продолжается не только на коллайдерах, но и в космосе, и в прецизионных лабораторных экспериментах. Учёные ищут следы «утечки» гравитации в другие измерения в наблюдаемых свойствах гравитационных волн от сталкивающихся чёрных дыр и нейтронных звёзд. Другие эксперименты с невероятной точностью измеряют силу гравитации на субмиллиметровых расстояниях, в надежде обнаружить малейшее отклонение от закона всемирного тяготения Ньютона, которое могло бы указать на влияние скрытого измерения.
Таким образом, хотя гипотеза дополнительных измерений остаётся умозрительной и не имеющей прямых доказательств, она продолжает будоражить умы физиков. Это мощный инструмент для теоретического осмысления фундаментальных загадок мироздания. Она заставляет нас задаваться вопросом: не является ли наша реальность всего лишь тонкой плёнкой, браной, парящей в необъятном и невидимом для нас многомерном Космосе? Пока ответа нет, но сама возможность того, что привычный нам мир — это лишь часть куда более обширной и странной реальности, делает поиск невероятно увлекательным.
В нашем Telegram‑канале, вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Поделитесь:
