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.

---

Суперсимметрия. Симметрия, меняющая местами пары бозонов и фермионов.

Сэлектрон. Суперпартнер электрона.

Тахион. Частица, сигнализирующая о нестабильности, и внешне проявляющаяся как частица с отрицательным квадратом массы.

Тау-лептон. Короткоживущая частица с таким же зарядом, как у электрона и мюона, но более тяжелая.

Темная материя. Несветящаяся материя, составляющая примерно 25 % всей энергии Вселенной.

Темная энергия. Измеренная энергия вакуума во Вселенной, составляющая 70 % всей энергии Вселенной, но не переносящаяся какой бы то ни было формой материи.

Теория. Определенный набор элементов и принципов, а также правил и уравнений для предсказания того, как эти элементы взаимодействуют друг с другом.

Теория Великого объединения (ТВО). Предполагаемая теория, в рамках которой три известные негравитационные взаимодействия сливаются при большой энергии в единое взаимодействие.

Теория возмущений. Когда интересующая вас теория отличается от решаемой (обычно не содержащей взаимодействия) теории малым параметром (это может быть, например, малая интенсивность взаимодействия), теория возмущений позволяет совершить экстраполяцию от решаемой теории к интересующей вас теории путем последовательного разложения по малому параметру. Результаты выражаются в виде разложений по степеням соответствующего параметра, являющегося обычно константой связи.

Теория гетеротических струн. Версия теории струн, в которой колебательные моды, распространяющиеся по часовой стрелке, отличаются от мод, распространяющихся против часовой стрелки.

Теория относительности. Одна из двух созданных Эйнштейном теорий пространства-времени: специальная теория относительности, объединившая пространство и время, и общая теория относительности, объясняющая тяготение как кривизну пространства-времени.

Теория струн. Теория, утверждающая, что составными частями Вселенной являются фундаментальные струны, которая должна согласованно включить квантовую механику и общую теорию относительности.

Теория суперструн. Суперсимметричный вариант теории струн без тахионов, включающий вдобавок к гравитонам и калибровочным бозонам еще и фермионы.

Теория Хоржавы — Виттена. Теория сильносвязанных гетеротических струн, или эквивалентно (по дуальности) версия теории струн с двумя бранами, разделенными одиннадцатым измерением, в котором спрятаны взаимодействия гетеротической струны.

Тонкая настройка. Манипуляция путем подгонки параметра к очень специальному (и маловероятному) значению.

Трансляционная инвариантность. Независимость физических законов от места в пространстве.

ТэВ (тераэлектронвольт). Единица энергии, равная одному триллиону эВ.

Тэватрон. Коллайдер высокой энергии, в настоящее время работающий в Фер-милабе; на этом коллайдере сталкиваются пучки протонов с энергией 1 ТэВ и пучки антипротонов такой же энергии.

Уединение. Физическая изоляция разных типов элементарных частиц в дополнительных измерениях.

Ультрафиолетовая катастрофа. Предсказываемая классической теорией черного тела бесконечная энергия, излучаемая при высоких частотах.

Уравнения Эйнштейна. Уравнения общей теории относительности, с помощью которых по заданному распределению материи и энергии определяется метрика (следовательно, гравитационное поле).

Ускоритель частиц. Установка для изучения физики высоких энергий, ускоряющая частицы до высоких энергий.

Фактор конформный. Общий масштаб метрики, зависящий в случае закрученной геометрии от координаты дополнительного измерения.

Фейнмановская диаграмма. Диаграмма, схематически изображающая разрешенные взаимодействия в физике частиц.

Ферми взаимодействие. Взаимодействие, порождаемое обменом одним из массивных слабых калибровочных бозонов.

Фермилаб. Ускорительный центр в штате Иллинойс (США). В этом центре находится Тэватрон.

Фермион. Частица с полуцелым спином 1/2, 3/4 и т. д. (одна из двух категорий частиц, допускаемых квантовой механикой; другой категорией является бозон). Примерами фермионов служат кварки и лептоны.

Физика частиц. Раздел физики, изучающий самые фундаментальные строительные блоки материи.

Фотино. Суперпартнер фотона.

Фотон. Элементарная частица, осуществляющая передачу электромагнитного взаимодействия; квант света.

Функция вероятности. Квадрат модуля волновой функции, определяющий вероятность обнаружения частицы в данном месте.

Хиггсовское поле. Поле, участвующее в механизме Хиггса, ответственном за нарушение симметрии, связанной с электрослабым взаимодействием.

ЦЕРН. Вошедшая в обиход аббревиатура, построенная по первым латинским буквам названия Европейской организации ядерных исследований (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire — CERN) в Женеве (Швейцария). ЦЕРН является международным ускорительным центром высоких энергий, где в ближайшее время вступит в строй Большой адронный коллайдер (БАК) — самый мощный ускоритель на встречных пучках протонов.

Черная дыра. Компактный объект, который настолько плотен, что ничто не может вырваться из окружающего этот объект гравитационного поля.

Черное тело. Идеализированое тело, поглощающее всю теплоту и энергию и излучающее ее по закону, определяемому только температурой.

эВ (электронвольт). Энергия, требуемая для преодоления электроном разности потенциалов 1 В.

Электромагнетизм. Одно из четырех известных взаимодействий; электромагнетизм совместно описывает электричество и магнетизм.

Электрон. Очень легкая элементарная частица с отрицательным зарядом.

Электрослабая теория. Теория, включающая как электромагнитное, так и слабое взаимодействие; существенный компонент Стандартной модели физики частиц.

Энергия вакуума. Энергия, которой обладает вакуум; состояние, в котором отсутствуют частицы; также известна как космологическая постоянная.

Эфир. Гипотетическая невидимая среда (в наши дни полностью развенчанная), колебания которой, как считалось, являются электромагнитными волнами.

Эффективная теория. Теория, описывающая те элементы и взаимодействия, которые в принципе наблюдаемы на расстоянии или в масштабе энергий, выше которых она применима.

Эффективная теория поля. Квантовая теория поля, определенная при некоторой энергии и описывающая те частицы и взаимодействия, которые относятся к энергиям, при которых эта теория применима.

Ядро. Твердый, плотный центральный компонент атома.

D — брана. В теории струн брана, на которой заканчиваются открытые струны.

М-теория. Гипотетическая всеобъемлющая теория, объединяющая все известные версии десятимерной теории струн и одиннадцатимерной супергравитации.

р-брана. Решение уравнений тяготения Эйнштейна, продолжающееся бесконечно далеко в некоторых пространственных измерениях, но в оставшихся измерениях ведущее себя как черная дыра, захватывающая слишком близко подошедшие тела.

T-дуальность. Эквивалентность между физическими явлениями во вселенной с малым скрученным измерением и другой вселенной с большим измерением (величина радиуса свернутого измерения заменяется на обратную величину).

Математические примечания

1. Это замечание на самом деле не математическое, но «мальчик субботнего вечера» трехмерен (рис. M1).

2. Метрика пространства может иметь вид

ds2 — ах dx2 + ау dy2 + az dz2,

где x,y,z — три координаты точки в пространстве, ах, ау, az могут быть числами или функциями от х, у, z. Метрика определяет длины, расстояния и углы между прямыми. Например, длина вектора, исходящего из начала координат в точку с координатами {х, у, z}, равна

(ахх2 + ауу2 + azz2)1/2.

Если ax= ay = az = 1, это соответствует плоскому пространству, так что расстояния и длины будут измеряться обычным способом. Например, длина вектора, исходящего из начала координат в точку {х, у, z}, будет равна (х2 + у2 + z2)1/2.

В более сложных метриках могут появляться перекрестные члены типа dxdy. В этом случае метрика должна описываться тензором с двумя индексами, которые определяют коэффициенты aij каждого слагаемого метрики вида dxi dxj. Позднее, при обсуждении теории относительности, у метрики появится слагаемое dt2, а также возможные слагаемые вида dt dxi.

3. Гиперсфера определяется уравнением