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.

---

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».

Но по прибытии на слабую брану Афина заметила еще одну вещь, путешественников на их пути спокойно сопровождал четырехмерный гравитон, который мягко трогал ее за плечо, он касался ее настолько нежно, что она едва могла это заметить[169].

Но Афина не могла продолжать игнорировать гравитон, ибо он пустился в долгое перечисление жалоб. «Слабая брана была бы такой замечательной, если бы не превосходящее влияние укоренившейся иерархии. Сильные, слабые и электромагнитные вооруженные силы на Слабой бране позволяют мне оказывать только самое слабое сопротивление». Гравитон жаловался, что в любом другом месте он был бы силой, с которой считаются, особенно в Брансвилле, управлявшемся олигархами, обладавшими сравнительно большими вооруженными силами[170]. Слабая брана, на которой гравитация была подавлена сильнее всего, была самым нелюбимым местом гравитона [171]. Гравитон обратился к Афине с надеждой поддержать его план выбить власть из рук правящей элиты.

Афина подумала, что ей лучше немедленно вернуться, и оглянулась в поисках кроличьей норы, но не смогла найти ее. Но она заметила белого кролика, и посчитала, что он будет хорошим гидом, но кролик слабой браны был поразительно медлителен, и продолжал все время повторять, как он счастлив, что почти не стареет[172]. Афина поняла, что этот кролик никуда не годится, и нашла более шустрого кролика, за которым она последовала и совершила обратный путь домой. Афина получила большое удовольствие от своего сна, как только поняла его физический смысл, хотя следует заметить, что она никогда больше не ела сливочных пирожных.

Глава 22 Глубокий пассаж: бесконечное дополнительное измерение

From, another dimension,

With voyeuristic intention,

Let’s do the Time Warp again.

Vanessa («The Rocky Horror Picture Show»)[173]

Афина вздрогнула и проснулась. Ее повторяющийся сон вновь провел ее вниз по норе Кролика. Однако на этот раз она попросила Кролика проводить ее прямо в закрученный пятимерный мир.

Афина опять вернулась в Брансвилл (или ей так казалось), вскоре появился Кот, и она с нетерпением повернулась к нему, предвкушая пирожное и замечательную экскурсию на Слабую брану. Она была горько разочарована, когда Кот сказал ей, что здесь, в этой конкретной вселенной, нет такой вещи, как Слабая брана[174].

Афина не поверила коту и подумала, что где-то дальше должна быть другая брана. Гордая собой за понимание того, каким образом в закрученной геометрии более далекие браны обладают более слабой гравитацией, она решила, что такую брану можно назвать Послушной браной, и с просила Кота, может ли она попасть туда.

Но снова она была вне себя от разочарования, кот объяснил: «Такого места нет. вы находитесь на Бране; других бран не существует». «Все страньше и страньше», — подумала Афина. Очевидно, что это не было точно то же место, что и раньше, так как имелась только одна брана, но Афин а была не готова сдаваться. «Могу я сама убедиться, что другой браны не существует?» — спросила она самым нежным голоском.

Кот решительно предостерег против этого, предупредив, что «четырехмерная гравитация на Бране не гарантирует четырехмерной гравитации в балке, однажды я потерял там почти все, кроме своей улыбки», несмотря на множество приключений, Афина была осмотрительной девочкой, и она приняла предупреждение Кота близко к сердцу, но она часто задавалась вопросом, что же имел в виду Кот. Что находится за браной, и как об этом можно узнать?

Искривленное пространство-время обладает удивительными свойствами. В гл. 20 мы использовали некоторые из них, включая то, как масса, размер и интенсивность гравитации могут зависеть от местоположения. В этой главе мы обсудим еще более удивительные свойства искривленного пространства-времени: оно может казаться четырехмерным, хотя на самом деле оно пятимерно. Исследуя закрученную геометрию пространства-времени более внимательно, мы с Раманом, к своему удивлению, осознали, что даже бесконечное дополнительное измерение может иногда быть невидимым.

Геометрия пространства-времени, которую мы рассмотрим в этой главе, практически совпадает с рассмотренной в гл. 20.

Однако, как рассказано в истории перед началом этой главы, такая геометрия обладает единственным отличительным свойством: она имеет только одну брану. Но это невероятно важное различие: так как нет второй граничной браны, наличие единственной браны означает, что пятое измерение бесконечно (рис. 86).

Это громадное различие. Через три четверти века после того, как в 1919 году Теодор Калуца предложил идею дополнительного измерения пространства, физики поверили, что дополнительные измерения приемлемы, но только если они имеют конечный размер, и либо свернуты, либо ограничены между бранами. Считалось, что бесконечные дополнительные измерения очень легко исключить, так как гравитационное взаимодействие, которое распространилось бы бесконечно далеко в этих измерениях, выглядело бы неправильно на всех масштабах расстояний, даже на тех, про которые мы уже знаем. Предполагалось, что бесконечное пятое измерение дестабилизирует все вокруг нас, даже Солнечную систему, которая удерживается в равновесии благодаря ньютоновской физике.

В этой главе объясняется, почему такое рассуждение не всегда правильно. Мы обсудим обнаруженное Раманом и мной в 1999 году совершенно новое соображение о том, почему дополнительные измерения могут быть скрытыми. Пространство-время может быть настолько закручено, что гравитационное поле сильно концентрируется в малой области вблизи браны, причем концентрируется настолько, что огромная протяженность бесконечного измерения становится несущественной. Гравитационное взаимодействие не теряется в дополнительных измерениях, а остается сфокусированным в малой области вблизи браны.

В этом сценарии гравитон, частица, переносящая гравитацию, локализован вблизи браны, которая и есть Брана из истории Афины, но с этого момента я буду называть ее Гравитационной браной. Афина во сне попала в это закрученное пятимерное пространство, в котором Гравитационная брана столь радикально изменяет природу пространства-времени, что пространство кажется четырехмерным, хотя оно в действительности пятимерное. Примечательно, что закрученное более высокое измерение может иметь бесконечную протяженность, но тем не менее быть скрытым, в то время как три плоских бесконечных измерения воспроизводят физику нашего мира.

Локализованная гравитация

Вспомним, что когда я впервые вводила понятие браны, я подчеркивала разницу между нежеланием путешествовать далеко от дома и настоящим заточением, когда явно запрещается покидать пределы той области, где что-то или кто-то находится в заключении. Возможно, вы никогда не бывали в Гренландии, но никакие законы не запрещают этого. Однако посещение некоторых мест сопряжено с большими хлопотами. Даже если путешествие в такие места разрешено, и даже если эти места находятся немногим дальше других мест, где вы бывали, вы все же можете никогда туда не попасть.

Или вообразите, что кто-то сломал ногу. В принципе, этот человек мог бы выходить из дома, когда захочет, но значительно вероятнее, что он будет находиться внутри дома больше времени, чем снаружи, даже когда никакие засовы и ключи не удерживают его внутри.

Аналогично, локализованный гравитон имеет неограниченный доступ в бесконечное пятое измерение. Тем не менее он сильно сконцентрирован в окрестности браны и имеет очень малую вероятность обнаружиться где-то вдали. Согласно общей теории относительности, все, включая гравитон, подвержено действию гравитационной силы. У гравитона нет никаких ограничений, но он ведет себя так, как будто он гравитационно притянут к бране и поэтому остается близко от нее. А поскольку гравитон очень редко выходит за пределы ограниченной области, дополнительное измерение может быть бесконечным, не порождая никаких опасных эффектов, которые закрыли бы такую теорию.