Более века физики размышляют над радикальной идеей: наша Вселенная может содержать скрытые измерения, помимо привычных трех пространственных и одного временного. Хотя мы еще не обнаружили эти дополнительные измерения напрямую, эта концепция предлагает убедительное объяснение одной из самых больших загадок в физике – почему гравитация настолько удивительно слаба по сравнению с другими фундаментальными силами.
Проблема Иерархии
Сила гравитации поразительно слаба. Она в миллиарды раз слабее электромагнетизма или сильных и слабых ядерных сил. Это расхождение, известное как «проблема иерархии», озадачивает ученых на протяжении десятилетий. Почему гравитация ведет себя так иначе? Один из возможных ответов: гравитация на самом деле не слаба; она просто разбавлена, распространяясь по измерениям, которые мы не можем воспринимать.
Уникальная Свобода Гравитации
Стандартная модель физики частиц ограничивает другие силы нашим четырехмерным пространством-временем. Но если дополнительные измерения существуют, гравитация может быть единственной силой, способной получить к ним доступ. Это объяснило бы, почему она кажется нам такой слабой: ее сила распределяется по большему объему, чем мы предполагаем. Представьте поток воды, впадающий в более широкую реку – поток кажется слабее, потому что он распределен.
Свернутые Измерения
Если эти дополнительные измерения реальны, почему мы их не ощущаем? Преобладающая теория предполагает, что они «свернуты» в невероятно малых масштабах, как окружность плотно свернутой трубки. Мы постоянно движемся сквозь эти измерения, но они слишком малы, чтобы мы могли их заметить. Это аналогично фотону, движущемуся вдоль края этой трубки: он движется вперед, но также вращается по окружности, добавляя невидимое измерение к своему пути.
Проверка Теории
Один из способов обнаружить эти скрытые измерения – через столкновения частиц высокой энергии. Если гравитация опосредуется безмассовыми частицами, называемыми гравитонами, и эти гравитоны могут получить доступ к дополнительным измерениям, они должны казаться массивными. Это проявится как бесконечное разнообразие масс гравитонов, обнаруживаемое в экспериментах на коллайдерах. Однако пока такие частицы не наблюдались.
Модель Рэндалла-Сандрама
Чтобы согласовать отсутствие экспериментальных данных с необходимостью дополнительных измерений, физики Лиза Рэндалл и Раман Сандрам предложили уточнение: разрешить дополнительным измерениям иметь кривизну. Эта «искривленная» геометрия позволяет использовать большие измерения, которые объясняют слабость гравитации, оставаясь необнаружимыми для современных коллайдеров.
Существование дополнительных измерений остается неподтвержденным, но оно остается ведущей теорией среди физиков.
Идея скрытых измерений спекулятивна, но она элегантно решает проблему иерархии. Будут ли будущие эксперименты подтверждать или опровергать их существование, остается открытым вопросом. Но возможность того, что наша Вселенная намного богаче и страннее, чем мы воспринимаем, продолжает стимулировать теоретические и экспериментальные исследования.
