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

Каждая точка вдоль пятого измерения может быть сопоставлена таким же образом с конкретной массой; масса связывается с планковским масштабом масс путем изменения масштаба в этой точке. Частица КК, функция гравитации которой имеет максимум в определенной точке, имеет приблизительно такую же изменившую масштаб массу. Когда вы перемещаетесь в пятом измерении, вы сталкиваетесь последовательно со все более легкими частицами КК в точках, где их функции вероятности достигают максимума.

На самом деле можно сказать, что спектр КК представляет крайне сегрегированное общество. Тяжелые частицы КК изгоняются из областей пространства, где изменившая масштаб энергия слишком мала, чтобы их образовать. Легкие частицы КК встречаются редко в тех областях, которые содержат частицы больших энергий. При заданной массе, частицы КК концентрируются как можно дальше от Слабой браны. Их положения напоминают то, как сидят модные штаны на подростках — настолько мешковато-большие, насколько это возможно, чтобы только не упасть. К счастью, законы физики, определяющие местоположение частиц КК, легче понять, чем подростковую моду.

Для нас самым важным свойством функций вероятности для легких частиц КК является то, что на Гравитационной бране они очень малы. Это означает, что есть только малая вероятность найти частицы КК вблизи этой браны или на ней. Поскольку легкие частицы КК как можно сильнее шарахаются от Гравитационной браны, легкие частицы (помимо гравитона, функция вероятности которого имеет максимум на Гравитационной бране) будут рождаться очень редко. Кроме того, легкие частицы КК несущественно модифицируют закон гравитационного взаимодействия, так как они имеют тенденцию держаться подальше от Гравитационной браны и поэтому слабо взаимодействуют с частицами, закрепленными на бране.

Собрав все это вместе, Раман и я решили, что нам удалось найти теорию, которая работает. Локализованный на Гравитационной бране гравитон ответствен за появление четырехмерной гравитации. Несмотря на большое количество КК-партнеров гравитона, они взаимодействуют так слабо на Гравитационной бране, что их проявления совершенно незаметны. И несмотря на существование бесконечного пятого измерения, все физические законы и процессы, включая гравитационные, кажется согласуются с тем, что ожидается в четырехмерном мире. В этом сильно закрученном пространстве допустимо бесконечное дополнительное измерение.

Как было ранее отмечено, с наблюдательной точки зрения такая модель несколько разочаровывает. Как ни удивительно может показаться, эта пятимерная модель так хорошо имитирует четыре измерения, что крайне тяжело разделить их. Экспериментаторов, занимающихся физикой частиц, безусловно, ждут тяжелые времена.

Однако физики начали исследовать астрофизические и космологические свойства, которые могли бы разделить два мира. Многие физики[178] рассматривали черные дыры в закрученном пространстве-времени, и продолжают исследовать, существуют ли отличительные свойства, которые мы могли бы использовать для определения того, во вселенной какого типа мы на самом деле живем.

В настоящее время мы знаем, что локализация — это новая и заманчивая теоретическая возможность для существования в нашей вселенной дополнительных измерений. Я страстно ожидаю дальнейших исследований, которые могли бы окончательно определить, является ли это истинным свойством нашего мира.

Что нового

• Измерение может быть бесконечно длинным, но невидимым, если пространство-время должным образом закручено.

• Гравитацию можно локализовать, даже если она не закреплена жестко в конечной области.

• В локализованной гравитации безмассовая частица КК есть локализованный гравитон. Он концентрируется вблизи Гравитационной браны.

• Все другие частицы КК концентрируются вдали от Гравитационной браны; форма их функции вероятности и положения, где эти функции достигают максимума, зависят от их массы.

Глава 23

Задумчивый и раздвигающий пассаж

Someday girl I don’t know when

We’re gonna get to that place

Where we really want to go.

Bruce Springsteen[179]

Икар XLII решил жить с размахом. Он нацелился испытать сверхвысокие настройки Алисэксвира на многие мегапарсеки, с помощью которых он мог бы выйти за пределы Галактики и известной вселенной и ощутить простор далеких областей, которых никто ранее не видел.

Икар был восхищен, когда Алисэксвир унес его вдаль на расстояния в 9, 12 и даже 13 миллиардов световых лет. но его восторг поутих, когда он попытался пойти еще дальше, ибо тут мощность его сигнала резко упала, когда он замахнулся на 15 миллиардов световых лет, его полет прервалось полностью: он больше не получал никакой информации. Вместо этого он услышал: «Сообщение 5В73: клиент на Горизонте, с которым вы пытаетесь связаться, находится все зоны действия сети. Если вам нужна помощь, пожалуйста, обратитесь к вашему оператору дальней связи».

Он не верил своим ушам. Это был тридцать первый век, и тем не менее его служба Горизонта все еще обеспечивала только ограниченное покрытие, когда Икар попытался обратиться к оператору, автоответчик сказал: «пожалуйста, оставайтесь на бране. Вы получите ответ в порядке очередности поступления вызова». Икар подозревал, что оператор не ответит никогда, и был достаточно мудр, чтобы не ждать.

Предыдущая глава объяснила, почему искривление может снять ограничения на дополнительное измерение и позволить ему быть бесконечным и тем не менее ненаблюдаемым. Но бесконечное дополнительное измерение не есть конец физического рассказа: вещи становятся еще более странными. В этой главе будет объяснено, как четырехмерная гравитация (т. е. с тремя пространственными измерениями и одним временным) может быть по-настоящему локальным явлением, — гравитация может выглядеть совсем иначе вдалеке. Мы увидим, что не только пространство-время может казаться четырехмерным, когда в действительности имеется пять измерений, но и что мы можем жить в изолированном кармане с четырехмерной гравитацией внутри пятимерной вселенной.

Модель, которую мы сейчас рассмотрим, показывает, что разные области пространства могут обладать разным числом измерений. В процессе исследования некоторых необычных свойств локализованной гравитации физик Андреас Карч и я нашли модель пространства-времени, в которой это действительно происходит. Новый радикальный сценарий, к которому мы пришли, предполагает, что причина, по которой мы не видим дополнительные измерения, может быть более странной, чем кто-либо мог предполагать. Мы можем жить в четырехмерной дыре, в которой наличие трех пространственных измерения является просто следствием случайного расположения.