Другие измерения Вселенной: какие они и как их найти.

Если человечество хочет когда-нибудь понять космос, учёные должны согласовать основные компоненты реальности. Клиффорд Джонсон, профессор физики и астрономии в USC Dornsife, объяснил, как Вселенная может вмещать дополнительные, скрытые измерения.Четырёхмерная Вселенная, известная людям, представлена тремя пространственными и одним временным измерением, но на самом деле их может быть гораздо больше — просто они слишком малы, чтобы их обнаружить.

drugie_izmereniya
Джонсон, который описывает своё исследование как попытку понять основную ткань природы, является известным специалистом в теории струн, одной из немногих теорий (впрочем, состоящей из множества подтеорий), которые близки к единой «теории всего», объясняющей всё во Вселенной — всю реальность.

Если он и его коллеги правы, струны могут быть основными единицами бытия. Каждая частица силы или материи может сводиться к простой, одномерной, вибрирующей струне.

На протяжении большей части истории человеческий взгляд на Вселенную и на то, как она работает, обращался к крупномасштабным явлениям — планетарному движению, свойствам видимого света и эффектам магнитных полей, например. На рубеже 20 века, когда физики начали изучать микроскопическую Вселенную атомов и их составляющих, они обнаружили, что субатомный мир управляется совершенно другим набором правил. Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Нильс Бор и множество творческих учёных начали изучать это царство при помощи математики и прямых экспериментов.

По мере работы учёных в течение следующих нескольких десятилетий, они обнаружили, что есть два разных класса фундаментальных частиц, фермионы и бозоны. Первые являются основными составляющими материи, тогда как последние переносят взаимодействия частиц материи.

Проще говоря, разные типы бозонов передают силы между различными видами фермионов. Фотоны, к примеру, передают электромагнитную силу между заряженными фермионами вроде электронов.

«Этот большой прорыв — что есть частицы, которые могут связывать силы или взаимодействия — и был прекрасным проявлением квантовой физики, которую поняли к середине прошлого века», — говорит Джонсон.

Эта квантовая система прекрасно работает в отношении трёх из четырёх известных сил природы — сильного ядерного взаимодействия, которое удерживает вместе частицы в ядрах атомов; слабого ядерного взаимодействия, которое приводит к радиоактивному распаду этих ядер; и электромагнетизма.

Другими словами, эти субатомные силы соответствуют единой и унифицированной теории квантовой физики. Единственная сила, которая сопротивляется общим квантовым правилам — и, следовательно, мешает созданию единой теории всего, — это гравитация.

Эйнштейн прекрасно описал гравитацию как искривление в ткани пространства-времени. Его революционная общая теория относительности — которой исполнилось сто лет в ноябре 2015 года — похоже, работает на всех крупных масштабах (на уровне планет, звёзд и галактик) и низких энергиях. Ломается она лишь в крошечных высокоэнергетических пространствах, где выступают бозоны и фермионы.

Иными словами, квантовая физика прекрасно работает там, где не работает гравитация, а относительность работает в крупных системах — намного больше субатомных масштабов — где квантовые эффекты неизмеримо малы.

«Мы считаем неизбежным существование чего-то вроде гравитона, если квантовать гравитацию, и мы бы удивились, если бы гравитация не была квантово-механической, — говорит Джонсон. — Тот факт, что мы пока в этом не преуспели, это наша проблема, а не природы».

В конце 1960-х – начале 70-х годов физики по-другому взглянули на бозоны и фермионы в ядрах атомов. Они обнаружили, что участвующие в этом процессе частицы могут быть описаны как невероятно малые, одномерные, вибрирующие струны.

Теория струн быстро привлекла внимание, но также быстро ушла из поля зрения, когда возникли другие модели взаимодействия частиц. Взлеты и падения интереса продолжались некоторое время.

«Эту теорию принимали и отвергали в течение нескольких лет, — объясняет Николас Уорнер, профессор физики, астрономии и математики. — Впервые её изобрели как теорию сильного взаимодействия, но в таком виде она провалилась. В 80-х её воскресили как теорию квантовой гравитации, и вроде бы получилось».

На самом деле, на ранней стадии сделали одно важное наблюдение — эти вибрирующие струны могли описать ожидаемые свойства гравитонов.

«Самое классное в теории струн то, что это единственная теория, которая примиряет квантовую механику и общую теорию относительности, — говорит Уорнер, использующий теорию струн, чтобы понять квантовую физику чёрных дыр, самый гравитационно мощный феномен во всей Вселенной. — Она словно расширяет всё, что мы могли рассчитать до текущего момента».

Но у этих расчётов есть одно но. Вселенная должна вмещать дополнительные измерения.

К счастью, дополнительные измерения — не проблема. Вселенная может содержать бесчисленные измерения, которые слишком малы, чтобы их засечь. Но поскольку струны тоже невероятно малы и одномерны, они могут вибрировать в любом из этих измерений. Это важно, поскольку хотя теория струн хорошо описывает наблюдаемые частицы — и даже гравитоны — она преуспевает лишь в том случае, если струны вибрируют в 10 измерениях как минимум.

«Когда вы начинаете работать с математикой, струны возвращаются и говорят вам, что математика не будет работать, если вы не обеспечите им свободу вибрации в других измерениях», — говорит Джонсон. И добавляет: — Когда вы позволяете струнам становиться многомерными, диапазон ваших возможностей существенно увеличивается, и появляется возможность включить всё, что вы наблюдаете, в струнную теорию».

Теория струн.

«Теоретики струн пытаются сказать, что есть один базовый тип частиц, и всё зависит от разных вибрирующих состояний струны, — объясняет Уорнер. — Гравитон — это одна флуктуация или вибрация струны, фотона — другая… и так далее».

В конце концов, всё может быть сведено к простейшим вещам — к струнам. Если бы не ещё одно но. Хотя теория струн потенциально может объяснить все известные частицы материи и силы, её ещё предстоит проверить.

«Всегда остаётся возможность того, что эта база не полная или же просто неправильная, — говорит Джонсон. — Нам нужен способ получения измеримых прогнозов из теории, чтобы мы могли пойти и проверить — ключевой шаг в любой научной деятельности».

Струны, однако, скорее всего, слишком малы, чтобы их можно было увидеть непосредственно с помощью хоть какого-нибудь эксперимента в обозримом будущем. Поэтому учёные должны искать косвенные признаки струн, а теория струн до сих пор не настолько хорошо разработана, чтобы предсказать, какими могли бы стать эти признаки.

Но надежда есть. Теория струн может получить косвенную проверку, если применить её к самому распространённому материалу во Вселенной. Наблюдения показывают, что тёмная материя и тёмная энергия составляют более 95% Вселенной. Учёные установили, что это незнакомые нам формы вещества и энергии, но их точная природа остаётся неизвестной. Возможно, они прячут ключи, подтверждающие правдивость теории струн, считает Джонсон.

«Всё это удивительно — и унизительно. Существуют формы материи, которые естественным образом вписываются в теорию струн и которые могут быть кандидатами на тёмную материю, — говорит он. — Люди надеются, что они могут стать ключом, соединяющим теорию и природу».

Запись опубликована в рубрике Космос, Наука с метками , , , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

3 комментария: Другие измерения Вселенной: какие они и как их найти.

  1. Второй комментарий касается утверждения о том, что Вселенная может вмещать дополнительные,скрытые пространственные измерения.Это могло бы помочь в прояснении физической картины теоретически подтверждённого феномена внутренней замкнутости Пространства Вселенной.Такую Вселенную можно себе представить,например,как трёхмерную сферическую поверхность в четырехмерном (исключая время) пространстве.В этом случае дополнительное измерение должно быть связанным непосредственно с природой гравитона.Но возможно всё объясняется и не очень понятным для физика эффектом кривизны пространства вселенной,деклорируемым математиками.Но тогда их долг обеспечить наглядность этого эффекта для всех.кто должен его по необходимости себе представить в нём живя.

    • Берримор говорит:

      >>Но возможно, всё объясняется и не очень понятным для физика эффектом кривизны пространства вселенной, декларируемым математиками. Но тогда их долг — обеспечить наглядность этого эффекта для всех, кто должен его по необходимости себе представить, в нём живя.
      +++
      Этому вопросу, в частности, посвящена статья Коллизии Познания: vseprokosmos.ru/forum/kollizii-poznaniya-chast-i-poznanie.html
      Но если одним словом, что физик предпочтёт термин «сморщивание» континуума, имеющее вполне наглядный 3-мерный образ, а не абстрактное «искривление».

  2. Считаю необходимым прокомментировать следующее приведенное выше высказывание профессора физики Клиффорда Джонсона:»Мы считаем неизбежным существование чего-то вроде гравитона,если квантовать гравитацию,и мы бы удивились,если бы гравитация не была квантово-механической. Тот факт,что мы пока в этом не преуспели,наша проблема,а не природы». Золотые слова!!!Но ведь преуспели же наконец.Всё как по писанному.Здесь же на форуме 8-го января 2016 года опубликована статья «Классическая теория структуры поля инерции и гравитации «где всё это как раз и раскрыто.И инерция и гравитация действительно имеет квантово-механическую и волновую природу реализуемую посредством гравитона

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code

*