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.

---

Этот предел на размер дополнительного измерения примерно в десять раз меньше, чем масштаб длины слабых взаимодействий. Однако, даже несмотря на то, что 10-17 см — это мало, все равно это огромное число по сравнению с планковским масштабом длины 10-33 см, что на шестнадцать порядков меньше. Это означает, что дополнительные размерности могут быть намного больше, чем планковский масштаб длины, и при этом ускользать от обнаружения. Греческий (современный) физик Игнаций Антониадис был одним из первых, кто представил, что дополнительные измерения имеют не планковский размер, а вместо этого сравнимы по размеру с масштабом длины, связанным со слабым взаимодействием. Он размышлял о том, какая новая физика может возникнуть, когда коллайдеры хоть немного увеличат свою энергию. В конце концов, проблема иерархии говорит нам, что мы должны что-то увидеть при тех энергиях, при которых будут рождаться частицы с энергиями и массами порядка масштаба слабых взаимодействий.

Но даже приведенный выше предел на размер дополнительных измерений не обязательно всегда применим. Частицы КК являются следами дополнительных измерений, но они могут быть хитрыми и удивительно трудными для поиска. Недавно мы узнали чуть больше о частицах КК и о том, как они могут выглядеть. В следующих главах мы объясним новейшие идеи о том, почему, добавив в игру браны, дополнительные измерения могут стать больше 10-17 см и все же ускользать от обнаружения, вопреки ожиданиями, что большие измерения порождают более легкие частицы КК. Некоторые модели с поразительно большими измерениями — так что вы вправе думать, что они приведут к хорошо видимым следствиям — могут быть невидимыми, помогая, тем не менее, объяснить непонятные свойства частиц Стандартной модели. В гл. 22 мы опишем еще более удивительный результат: бесконечно большое дополнительное измерение может порождать бесконечно много легких частиц КК, не оставляя при этом никаких наблюдаемых следов.

Что нового

• Моды Калуцы — Клейна (КК) — это частицы, имеющие экстра-импульс в дополнительных измерениях; они являются многомерными лазутчиками в нашем четырехмерном мире.

• Частицы КК выглядят как тяжелые частицы с теми же зарядами, что и у известных частиц.

• Массы и взаимодействия частиц КК определяются теорией с дополнительными измерениями; поэтому они отражают свойства пространства-времени с дополнительными измерениями.

• Если бы мы могли найти и измерить свойства всех частиц КК, мы бы знали размеры и форму дополнительных измерений.

• Современные экспериментальные ограничения говорят нам, что если все частицы перемещаются по пространству с дополнительными измерениями, размер этих измерений не может превышать 10-17 см.

Глава 19 Объемные пассажи: большие дополнительные измерения

I couldn’t even see the millimeter when it fell.

Eminem[145]

После краткого визита К. Квадрата Афина провела много времени в местном Интернет-кафе. Она была в приподнятом настроении из-за своего недавнего открытия ряда загадочных новых веб-сайтов, самым интригующим из которых был сайт xxx.sodoseandyetsofar.al. Афина подозревала, что эти сайты с наводящим названием были следствием недавнего слияния мультимедийных фирм «Америка на Бране» и «Пространство-время Уорнера», но ей пришлось уйти, прежде чем она могла заняться исследованием.

Когда Афина пришла домой, она бросилась к компьютеру, и снова стала искать экзотические гиперссылки, которые были так легко доступны из Интернет-кафе. Однако, к ее разочарованию. Киберняня не допустила ее ко входу на запрещенные размерно расширенные сайты[146]. Однако, замаскировавшись под надежным псевдонимом Ментор, Афина победила киберцензора и сумела вернуться к загадочной гиперссылке.

Афина втайне надеялась, что К. Квадрат передал ей послание, которое было спрятано на вебстранице, но понять сайты было нелегко, и ей удалось узреть только несколько потенциально осмысленных сигналов. Она решилась получше изучить их содержание и надеялась, что слияние, не в пример другому слиянию с похожим именем, продлится достаточно долго, чтобы она успела в них разобраться.

На Оксфордской конференции по суперсимметрии 1998 года физик из Станфорда Савас Димопулос сделал один из самых интересных докладов. Он доложил работу, выполненную им в сотрудничестве с двумя другими физиками, Нимой Аркани-Хамедом и Гием Двали. Колоритные имена этих трех физиков соответствовали их колоритным характерам и идеям. Савас всегда очень возбужден своими проектами; его сотрудники говорят мне, что его энтузиазм всегда очень заразителен. Он был так захвачен дополнительными измерениями, что сказал своему коллеге, что все новые неисследованные физические идеи заставляют его чувствовать себя ребенком в кондитерском магазине — он хочет съесть все, прежде чем кто-то другой получит хоть что-нибудь. Гия, физик из бывшей Советской Грузии, любит рисковать, как в своем подходе к физике, так и при безрассудном поведении во время занятий альпинизмом. Однажды он без всяких припасов застрял в непогоду на две ночи на вершине горы на Кавказе. Нима, физик из иранской семьи, очень энергичен, стимулирует дискуссии и живо излагает свои мысли. В настоящее время он мой коллега в Гарварде. Его можно часто видеть в коридоре, где он с энтузиазмом объясняет свои последние исследования и предлагает присоединиться к работе.

По иронии судьбы, доклад Саваса на конференции по суперсимметрии, который был посвящен совсем не суперсимметрии, а дополнительным измерениям, отнял у него часть лавров. Савас объяснил, что не суперсимметрия, а дополнительные измерения могут быть физической теорией, лежащей в основе Стандартной модели. Если его предложение было верным, то, когда экспериментаторы начнут изучать в ближайшем будущем слабую шкалу, они могух ожидать найти не свидетельства суперсимметрии, а свидетельства дополнительных измерений.

В этой главе представлена идея Аркани-Хамеда, Димополуса и Двали[147] о том, как очень большие измерения могут объяснить слабость гравитации. По существу, большие дополнительные измерения могут растворить гравитационное взаимодействие настолько сильно, что интенсивность гравитации станет намного слабее, чем показывают оценки без дополнительных измерений. Их модели на самом деле не решили проблемы иерархии, так как еще нужно объяснить, почему измерения столь велики. Но АДД надеялись, что этот новый вопрос будет более податлив.

Мы рассмотрим также связанный вопрос, заданный АДД. насколько большими могут быть свернутые дополнительные измерения, если частицы Стандартной модели захвачены браной и не могут свободно перемещаться по балку, так чтобы не войти в противоречие с экспериментальными результатами? Найденный ими ответ был поразительным. К моменту, когда они писали свою статью, дело выглядело так, будто дополнительные измерения могли иметь размеры порядка миллиметра.

Измерения, размером (почти) в миллиметр

В модели АДД, как и в модели уединения, которую я описывала в гл. 17, частицы Стандартной модели захвачены на брану. Однако две модели имеют весьма различающиеся цели, так что остальные свойства совершенно различны. В то время как модель уединения имела одно дополнительное измерение, простирающееся между бранами, все модели АДД имели более одного измерения, причем эти измерения были свернуты. В зависимости от деталей реализации, пространство в этих моделях содержало два, три или более дополнительных свернутых измерений. Кроме того, модель АДД содержит единственную брану, на которую захвачены частицы Стандартной модели, но эта брана не ограничивает пространство. Она просто сидит внутри дополнительных свернутых измерений, как показано на рис. 75.

Вопрос, на который АДД хотели ответ найти согласно своей схеме, заключался в том, каким образом большие дополнительные измерения могут оставаться скрытыми, если все частицы Стандартной модели захвачены на брану, а единственным взаимодействием в многомерном балке является гравитация. Найденный ими ответ удивил большинство физиков. В противоположность размеру в одну сотую от одной тысячной от одной триллионной доли сантиметра, который мы рассматривали в предыдущей главе, эти дополнительные свернутые измерения могут быть размером в миллиметр. (На самом деле несколько неправильно приводить сейчас точное число, потому что, как мы обсудим ниже в этой главе, физики в Университете Вашингтона с тех пор экспериментально искали дополнительные измерения размером с миллиметр, но не нашли их. На основании их результатов мы теперь знаем, что дополнительные измерения должны быть меньше одной десятой миллиметра, или они должны быть исключены. Тем не менее существование измерений размером даже в одну десятую миллиметра все равно было бы достаточно поразительным.)