Мир гравитации квантов

Высшие размерности могут быть устроены совсем не так, как наш мир. Откуда известно, что там непременно должны быть метрические свойства, подобные нашим длины и угла? Почему не может быть дробной размерности или миров, в которых число координат меняется с течением одного или нескольких часов? В многомерном мире могут реализоваться значительно более сложные геометрии, чем наша, а следовательно, и совсем другое физика. Чтобы понять это, как раз и нужны теоретические построения в духе своеобразной физико-математической фантастики.

 

Внешне это похоже вроде «физико-математической фантастики». Казалось бы, математические мечты физиков-теоретиков, не имеют никакой связи с реальным миром, напоминают произведения Айзека Азимова и Артура Кларка. Однако далеко не все «сумасшедшие» идеи теоретиков обязательно реализуются в природе. Но понять, почему она предпочла пойти другим путем, тоже очень важно. Это может дать ключ к открытию новых фундаментальных законов.

 

Хотя мы часто говорим о смелости научной мысли и безграничный полет фантазии, наши идеи, даже самые фантастические, по сути не так уж далеко выходят за пределы привычного нам мира. Это проявляется и в теоретической физике, несмотря на всю необычность ее современных представлений. Например, многомерные миры в определенном плане мыслятся как нечто очень похожее на наш четырехмерный Вселенная, только с большим числом координат. В своей недавней статье американский физик Стивен Вайнберг иронически заметил, что такие представления похожи на уверенность в том, что при любом контакте с космическим разумом мы встретим если не зеленых человечков, то что-нибудь похожее на жука, осьминога или какую-либо другую земное существо. Кванты полей похожи на крошечные волчка, вращение которых характеризуется величиной, называемой спином. Расчеты показывают, что все гравитационные кванты с дробными спинами явно очень тяжелые и могут передавать взаимодействие только на малых расстояниях, глубоко в недрах элементарных частиц. Связанные с ними силы чрезвычайно короткодийни. Радиус их действия в сотни, тысячи, а возможно, даже в миллиарды раз меньше размера протона. Другое дело - кванты с целым спином. Жестких ограничений на величину их массы в теории нет. Не исключено, что это очень легкие частицы, которые могут передавать силы на дальние расстояния. Вот эти кванты и представляют для физиков-теоретиков особый интерес.

 

Уже много веков, начиная с античных времен, натуралистов-философов беспокоит вопрос: не из дискретных частиц состоят пространство и время? Действительно окружающий объем непрерывный или он больше похож на кусок ткани, сотканной из отдельных волокон? Если бы мы могли наблюдать чрезвычайно малые объекты, то увидели бы атомы пространства, неделимые мелкие частицы объема? А как быть со временем: плавно ли происходят изменения в природе, или мир развивается крошечными скачками, действуя словно компьютер?

 

В последние годы ученые заметно приблизились к ответам на эти вопросы. Согласно теории со странным названием «петлевая квантовая гравитация», пространство и время действительно состоят из дискретных частиц. Расчеты, выполненные физиками-теоретиками, описывают простую и красивую картину, которая помогает нам объяснить загадочные явления, касающиеся черных дыр и Большого Взрыва. Но главное преимущество данной теории заключается в том, что уже в ближайшем будущем ее предсказания можно будет проверить экспериментально и смогут обнаружить атомы пространства и времени, если они действительно существуют