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

• Название: Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.
• Автор: Лиза Рэндалл
• Издательство: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-397-01371-0

Вселенная полна удивительных тайн. Возможно, она скрывает от нас дополнительные измерения, разительно отличающиеся от всего, что может себе представить наш здравый смысл, взращенный в обычном трехмерном пространстве. И хотя с каждым годом мы узнаем все больше и больше о нашем мире, сегодня как никогда ранее мы осознаем, что для понимания истинной природы Вселенной нам необходимо сделать еще очень многое.

Лиза Рэндалл принадлежит к разряду тех ученых, которые сами, своими собственными исследованиями совершают прорывы и раздвигают границы современной науки, пытаясь найти ответы на фундаментальные вопросы, поставленные природой.

Л. Рэндалл проводит нас через потрясающий мир закрученных дополнительных измерений, лежащих, возможно, в основе нашей Вселенной, и показывает путь, следуя которому мы сможем убедиться в их существовании.

Книга «Закрученные пассажи» увлекает читателя в удивительное путешествие, проводя его через цепочку открытий от начала двадцатого века до настоящих дней, объясняя суть противоречий между теорией относительности, квантовой механикой и гравитацией, описывая достижения физики элементарных частиц, проблему иерархии, скейлинг, Великое объединение, суперсимметрию, дополнительные измерения, параллельные миры, эволюцию струнных теорий и многое другое.

В непринужденной и занимательной форме Лиза Рэндалл беседует с читателем, раскрывая таинства сложной науки и увлекательно объясняя загадки мириад миров, существующих, возможно, рядом с тем миром, в котором мы живем и который мы только начинаем постигать.

Книга вызовет несомненный интерес как у специалистов естественно-научных дисциплин, так и у широкого круга читателей.

---

Однако, поскольку измерение бесконечно, частицы КК имели бы другие массы и взаимодействия, так что экспериментальные следствия этой модели отличались бы от тех, которые я только что описала. Когда мы с Джо Ликкеном впервые обсуждали эту возможность в Аспеновском физическом центре (вдохновляющее место, а также одна из причин, по которым многие физики-теоретики любят гулять пешком), мы не были уверены, будет ли эта идея на самом деле работать. Если бы пятое измерение не кончалось на Слабой бране, не все частицы КК были бы тяжелыми (и имели бы массу порядка ТэВ). Массы некоторых частиц КК были бы крохотными. Если бы эти частицы были обнаружимы, но экспериментаторы до сих пор их не открыли, модель должна была бы быть исключена.

Но оказалось, что модель выжила. Сидя на скамейке, окруженная роскошным горным пейзажем, я решала задачу о взаимодействиях частиц КК (Джо занимался такими же вычислениями, но, я полагаю, он находился в своем кабинете в Центре). Мы получили результат, из которого следовало, что хотя взаимодействия частиц КК были достаточно велики, чтобы представлять интерес для будущих экспериментов, они были недостаточно велики для того, чтобы их уже можно было наблюдать.

В будущем БАК дает хороший шанс рождать частицы КК этой модели, если они существуют. Такие частицы будут выглядеть не так, как частицы из моделей с конечными закрученными дополнительными измерениями. Вместо милых частиц КК, распадающихся внутри детектора, частицы КК в модели с бесконечным дополнительным измерением сбегут в дополнительное измерение (похоже на поведение частиц КК, когда имеются большие измерения). Поэтому, если существует бесконечное закрученное дополнительное измерение и Слабая брана, решающая проблему иерархии, экспериментаторы могут только надеяться обнаружить события с недостающей энергией. Даже в этом случае при достаточно больших энергиях недостающая энергия должна быть достаточно ясным сигналом того, что где-то здесь есть нечто новое.

Черные дыры, струны и другие сюрпризы

Когда запустят БАК, то вдобавок к частицам КК могут появиться и другие примечательные сигналы дополнительных измерений. Хотя эффекты пятимерной гравитации при обычных энергиях ничтожно малы, но когда коллайдер начнет рождать частицы больших энергий, пятимерная гравитация станет главным игроком. На самом деле, когда энергии достигнут примерно ТэВ, эффекты пятимерной гравитации станут огромными, они перекроют взаимодействия слабо взаимодействующего четырехмерного гравитона, имеющего очень малую функцию вероятности на Слабой бране, где мы живем (и ставятся эксперименты).

Огромная интенсивность пятимерной гравитации означает, что могут рождаться пятимерные черные дыры, а также пятимерные струны. Кроме того, как только энергии достигнут величины порядка ТэВ, все, что сосредоточено на Слабой бране или в ее окрестности, будет сильно взаимодействовать со всем остальным. Это произойдет потому, что эффекты гравитации и дополнительных частиц КК будут огромными при ТэВных энергиях, и они будут сговариваться, чтобы все взаимодействовало со всем. Такие сильные взаимодействия между всеми известными частицами и гравитацией не возникают в четырехмерном сценарии; это будет ясный сигнал о чем-то новом. Как и в случае больших дополнительных измерений, мы до сих пор не знаем, хватит ли энергии, чтобы увидеть эти новые объекты. Но если взаимодействия сильны при энергиях, не слишком превышающих ТэВ, эксперименты этого не пропустят.

Кода

Связь между решением проблемы иерархии и экспериментальными следствиями при ТэВных энергиях очень крепка, но детали того, что мы увидим, зависят от модели. Разные модели приводят к различным экспериментальным следствиям, и это обнадеживает. Эти определенные опознавательные знаки означают, что как только запустят БАК, у нас появится хороший шанс установить, какая из этих моделей (если это имеет место) применима к нашему миру.

Что нового

• Пространство-время может быть сильно искривлено вследствие присутствия энергии в балке и бране, даже если сама брана совершенно плоская.

• Рассмотренная в этой главе модель имеет две браны, Гравитационную и Слабую, на каждом из концов пятого измерения конечных размеров. Энергия в балке и на бранах закручивает пространство-время.

• Единственное дополнительное измерение предлагает совершенно новый способ решения проблемы иерархии. Пятое измерение в этой модели невелико, но очень закручено. Интенсивность гравитации сильно зависит от того, где вы находитесь в пятом измерении. Гравитация сильна на Гравитационной бране и очень слаба на Слабой бране, где живем мы с вами.

• С точки зрения наблюдателя, считающего, что он находится в четырех измерениях, объекты могут иметь разные размеры и массы, если они берут начало в разных местах в пятом измерении. Объекты, прикрепленные к Гравитационной бране, должны быть очень тяжелыми (с массой порядка планковского масштаба масс), в то время как объекты, прикрепленные к Слабой бране, должны иметь значительно меньшие массы порядка ТэВ.

• Все взаимодействия могут объединиться, и проблема иерархии может быть решена, если хиггсовская частица (но не калибровочные бозоны) прикреплена к Слабой бране.

• Калуца-клейновские партнеры гравитона на коллайдере должны приводить к очень отчетливым событиям, в которых они распадаются на частицы Стандартной модели внутри детектора.

• В моделях, в которых частицы Стандартной модели находятся в балке, могут рождаться и распадаться и другие частицы КК.

Глава 21 Закрученная аннотированная «Алиса»[162]

Go ask Alice.

When she’s ten feet tall.

Jefferson Airplane[163]

Сказочный лифт остановился в закрученном пятимерном мире. Афина вышла из лифта и очень удивилась, увидев только три пространственных измерения. Неужто Кролик подшутил над ней? он говорил, что приведет ее в мир с четырьмя пространственными измерениями, но на самом деле их там было только три! И зачем путешествовать по миру, который выглядит как обычный?![164]

Местный житель с большой любезностью принял озадаченную гостью. «Приветствую Вас в Брансвилле[165], нашей славной столице. Разрешите мне помочь Вам осмотреться». Афина, усталая и озадаченная, тут же выпалила: «Брансвилл совсем не выглядит как-то особенно. Даже мэр выглядит совершенно нормально», хотя она могла поклясться, что не была в этом уверена, так как никогда раньше не видела мэра.

Мэр, к которому обратилась Афина, появился в сопровождении своего Главного Советника, Чеширского Толстого Кота. Обязанность Кота заключалась в том, чтобы следить за всем происходящим в городе, и она сильно облегчалась его способностью захватывать жителей врасплох, что было особенно удивительно с учетом невероятной величины Кота, кот обожал объяснять, что он обязан своим мастерством способности прятаться в балке, но никто даже не понимал, что он имел в виду[166].

Кот материализовался рядом с Афиной и спросил, не хочет ли она сопровождать его, пока он совершает свой обход. Он предупредил, что ей придется освоиться с невероятными размерами, но Афина его заверила, что ее любимый дядя был, на самом деле, очень, очень толстым, кот отнесся к этому скептически, но согласился взять ее с собой. Он предложил Афине сливочное пирожное с масляной глазурью, которое она с удовольствием съела. И они пустились в путь.

Афин а заинтересовалась, что же она съела. Ей сейчас казалось, что она находится на четырехмерном срезе пятимерного мира, и, насколько она могла судить, она была не толще, чем этот тонкий четырехмерный срез, она воскликнула: «Я сейчас выгляжу, как моя бумажная кукла! Но в то время как Долли имеет два пространственных измерения в трехмерном мире, у меня три пространственных измерения в четырехмерном пространственном мире».

Кот глубокомысленно ухмыльнулся и объяснил: «Вы сейчас ощущаете то, что я предпочитаю называть Балком. Вы все еще находитесь в Брансвилле, но через мгновение покинете его (и вырастите), в действительности Брансвилл есть часть пятимерной вселенной, но пятое измерение закручивается так осторожно, что жители Брансвилла совершенно не чувствуют его существования. У них нет даже представления о том, что Брансвилл есть граница пятимерного штата, вы также ошибочно заключили при своем появлении, что существуют только три пространственных измерения. Новая Афина, не привязанная к бране, свободно может перемещаться в пятом измерении, могу ли я предложить в качестве места назначения другую деревню, находящуюся на другом краю пятимерной вселенной и называемую Слабой браной?»

Какое странное оказалось пятимерное путешествие, покинув Брансвилл, Афина оказалась движущейся в другом измерении и растущей, как это уже с ней бывало (см. рис. 85).[167] Внимательный Кот заметил смущение на лице Афины и обнадеживающе объяснил: «Слабая брана уже близко, и мы там скоро будем[168]. Там красиво, но не волнуйтесь, когда вы увидите, что, как и жители Брансвилла, с которыми вы уже сталкивались, жители слабой браны издеваются над понятием четырех пространственных измерений, вы, имея возможность видеть через балк, увидите огромную тень над Брансвиллом, в десять миллионов миллиардов раз больше, чем та, с которой вы начинали. Почти все остальное будет казаться вам и им совершенно нормальным».