Натали Волковер В сложном мире физики высоких энергий возникла удивительно простая новая идея, согласно которой ранняя Вселенная представляла собой одномерную линию. Никакого взрыва сферы, ни хаотического огненного шара – были простые линии чистой энергии. Со временем, по мере роста линий, они все больше и больше пересекаются, образуя сплетения, которые на больших расстояниях стали представлять собой 2D плоскости. Далее 2D Вселенная расширялась, закручивалась и появилась сеть – 3D Вселенная, которую видим мы сегодня.
Эту теорию, описывающую события далекого прошлого, назвали концепцией «исчезающих (стремящихся к нулю) измерений» (vanishing dimensions), и ее популярность все больше и больше набирает обороты в физическом сообществе в последние месяцы.
Если эта теория верна, то имеющийся разрыв между квантовой механикой, физикой сверхмалых тел и общей теорией относительности – физики пространства-времени уменьшится. Она также позволила бы прояснить свойства гипотетической элементарной частицы, называемой бозоном Хиггса. И что самое лучшее, теория сделает все с элегантной простотой.
«Последние 30 лет физики пытались создавать теории более сложно путем введения большего количества частиц в больших измерениях, - сказал Деян Стойкович (Dejan Stojkovic), физик из университета Буффало, исследователь «исчезающих измерений». – Мы решили пойти другим путем и создать менее запутанные теории в области высоких энергий. При высокой энергии в ранней Вселенной мы меняем фон, на котором формируются модели физических частиц. В 1D эта проблема значительно упрощается».
Жизнь на линии
Согласно теории «исчезающих измерений» в первую тысячи-триллионную долю секунды после Большого Взрыва до момента, когда Вселенная охлаждается до средней температуры 100 тераэлектронвольт (ТэВ, на самом деле, внесистемная единица энергии, но энергия и температура соответствуют) – это период 1D линии. Так на что же была похожа молодая Вселенная? «В 1D есть новое чувтсво единения, - говорит Стойкович. – Сегодня вы видите разнообразный 3D мир. Но когда вы обращаетесь к 1D, то все становится гораздо проще. Свойств, которые отличают частицы друг от друга, больше не существует. Вращение отсутствует. Все, что есть, это движение вперед-назад, и движение энергии в любом направлении. Со временем 1D струна развивается, и, многократно пересекаясь, создает 2D ткань. Второй аспект построен, а позже и третий, это как если сложить 2D листочки и получится 3D книга». Но Стойкович еще не определил механизм, который вызывает развитие Вселенной с течением времени. «Мы должны объяснить, что вызвало переход от одной степени к другой. Нужно создать точную модель, которая начинается со струны, как она развивается во времени до создания пространства, которое мы наблюдаем сегодня», - сказал Стойкович. Теория «исчезающих измерений» пока схематична, то есть, намечены рамки теории. «В качестве основы, это красиво. Но мы должны проработать детали», - сказал ученый.
Поставлено на проверку
В отличии от Струнной теории, аналогичной красивой гипотезы, которая описывает архитектуру Вселенной, теория «исчезающих измерений» может быть проверена экспериментально. В этом месяце Деян Стойкович и физик из Университета Лойола Меримаунт в Лос-Анджелесе Джонас Мюрейка (Jonas Mureika) впервые опубликовали статью на эту тему в престижном журнале Physical Review Letters, и в ней они описали эксперимент, посредством которого можно проверить изначальную одномерность Вселенной. Опыт включает в себя гравитационные волны – слабые колебания, исходящие от массивных объектов и путешествующие в пространстве-времени. Гравитационные волны еще никогда не были обнаружены, но их существование доказывается стандартной моделью физики частиц, и ученые надеются их зарегистрировать в течение следующего десятилетия с помощью космической спутниковой сети.
Гравитационные волны могут нести энергию – своеобразную подпись объектов, которые их породили. Если Стойкович прав, то гравитационные волны не существовали в одномерной Вселенной. «Гравитационные волны не проходят в пространстве, где менее трех измерений. Если ваша Вселенная двухмерна, гравитационных волн там нет. Также их нет и в одномерном пространстве» - сказал Стойкович. «Если наше предположение верно, то переход от 2D к 3D Вселенной произошел, когда энергия опустилась до 1 ТэВ, - добавил ученый, это произошло в течение одной триллионной доли секунды после Большого Взрыва. Если температура Вселенной была 1 ТэВ и она перешла в 3D состояние, то в этот момент начали возникать гравитационные волны. И это произошло только после перехода, и не раньше. Отсутствие волн с соответствующими энергиями больше 1 ТэВ придаст теории («Исчезающих измерений» - NN) необходимый вес.
«Битва» за частоты
Когда запущенные в будущем спутники измеряют частоты (и сообщаемые энергии) гравитационных волн, Стойкович рассчитывает обнаружить срез частот. «Частоты, что находятся выше значения, когда Вселенная переходила из 2D состояния в 3D, будут обрезаны», - сказал ученый. Если инструменты будущего обнаружат этот срез частот, то тогда теория «Исчезающих измерений» станет сенсацией.
Некоторые физики возражают по поводу исходных посылов эксперимента, а именно, по поводу обрезки частот гравитационных волн.
Специалист по физике высоких энергий из Кембриджа Томас Сотириу (Thomas Sotiriou) и Силке Вайнфуртнер (Silke Weinfurtner) из института SISSA (Италия) пишут в своем электронном послании: «Речь не идет о том, что гравитационные волны не будут нести в себе отпечаток исчезающих измерений, но это будет не так, как предположил Стойкович. Обрезания частот излучений в определенном диапазоне не будет». Сотириу и Вайнфуртнер также обращают внимание на отсутствие объяснения основного механизма для объяснения эволюции Вселенной, согласно «Исчезающим измерениям». «Они (Стойкович и Мюрейка) выстраивают свою теорию на физике высоких энергий в гравитационном контексте, но они практически ничего не говорят о конкретном механизме, посредством которого все это будет достигнуто», - пишут Сотириу и Вайнфуртнер. - Идея «Исчезающих измерений» весьма интересна и потенциально плодотворна, если есть цель уточнить, что конкретно подразумевается под исчезающими измерениями. Без конкретной и четкой математической модели того, как измерения исчезают, никто не сможет сказать больше».
"Намеки" космических лучей
Пока неясно, может ли концепция «Исчезающих измерений» иметь право на существование, но есть некоторый намек на ее правильность. «Когда космические лучи сталкиваются с частицами в атмосфере, это создает «душ» из частиц. Этот «душ» выглядит как конус, и вы можете себе представить, что сечение конуса выглядит как круг, - говорит Стойкович. – Это выглядит похожим, когда сталкиваются космические лучи высоких энергий». Специалисты говорят, что приборы Большого адронного коллайдера в состоянии обнаружить 2D области. Если эксперименты на БАК обнаружат подтверждение гипотезы «Исчезающих измерений», то она получит еще больший вес в научном сообществе.
Адаптированный перевод "Проект "Безвременье"
