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

From, another dimension,

With voyeuristic intention,

Let’s do the Time Warp again.

Vanessa («The Rocky Horror Picture Show»)^[173]

Афина вздрогнула и проснулась. Ее повторяющийся сон вновь провел ее вниз по норе Кролика. Однако на этот раз она попросила Кролика проводить ее прямо в закрученный пятимерный мир.

Афина опять вернулась в Брансвилл (или ей так казалось), вскоре появился Кот, и она с нетерпением повернулась к нему, предвкушая пирожное и замечательную экскурсию на Слабую брану. Она была горько разочарована, когда Кот сказал ей, что здесь, в этой конкретной вселенной, нет такой вещи, как Слабая брана^[174].

Афина не поверила коту и подумала, что где-то дальше должна быть другая брана. Гордая собой за понимание того, каким образом в закрученной геометрии более далекие браны обладают более слабой гравитацией, она решила, что такую брану можно назвать Послушной браной, и с просила Кота, может ли она попасть туда.

Но снова она была вне себя от разочарования, кот объяснил: «Такого места нет. вы находитесь на Бране; других бран не существует». «Все страньше и страньше», — подумала Афина. Очевидно, что это не было точно то же место, что и раньше, так как имелась только одна брана, но Афин а была не готова сдаваться. «Могу я сама убедиться, что другой браны не существует?» — спросила она самым нежным голоском.

Кот решительно предостерег против этого, предупредив, что «четырехмерная гравитация на Бране не гарантирует четырехмерной гравитации в балке, однажды я потерял там почти все, кроме своей улыбки», несмотря на множество приключений, Афина была осмотрительной девочкой, и она приняла предупреждение Кота близко к сердцу, но она часто задавалась вопросом, что же имел в виду Кот. Что находится за браной, и как об этом можно узнать?

Искривленное пространство-время обладает удивительными свойствами. В гл. 20 мы использовали некоторые из них, включая то, как масса, размер и интенсивность гравитации могут зависеть от местоположения. В этой главе мы обсудим еще более удивительные свойства искривленного пространства-времени: оно может казаться четырехмерным, хотя на самом деле оно пятимерно. Исследуя закрученную геометрию пространства-времени более внимательно, мы с Раманом, к своему удивлению, осознали, что даже бесконечное дополнительное измерение может иногда быть невидимым.

Геометрия пространства-времени, которую мы рассмотрим в этой главе, практически совпадает с рассмотренной в гл. 20.

Однако, как рассказано в истории перед началом этой главы, такая геометрия обладает единственным отличительным свойством: она имеет только одну брану. Но это невероятно важное различие: так как нет второй граничной браны, наличие единственной браны означает, что пятое измерение бесконечно (рис. 86).

Это громадное различие. Через три четверти века после того, как в 1919 году Теодор Калуца предложил идею дополнительного измерения пространства, физики поверили, что дополнительные измерения приемлемы, но только если они имеют конечный размер, и либо свернуты, либо ограничены между бранами. Считалось, что бесконечные дополнительные измерения очень легко исключить, так как гравитационное взаимодействие, которое распространилось бы бесконечно далеко в этих измерениях, выглядело бы неправильно на всех масштабах расстояний, даже на тех, про которые мы уже знаем. Предполагалось, что бесконечное пятое измерение дестабилизирует все вокруг нас, даже Солнечную систему, которая удерживается в равновесии благодаря ньютоновской физике.

В этой главе объясняется, почему такое рассуждение не всегда правильно. Мы обсудим обнаруженное Раманом и мной в 1999 году совершенно новое соображение о том, почему дополнительные измерения могут быть скрытыми. Пространство-время может быть настолько закручено, что гравитационное поле сильно концентрируется в малой области вблизи браны, причем концентрируется настолько, что огромная протяженность бесконечного измерения становится несущественной. Гравитационное взаимодействие не теряется в дополнительных измерениях, а остается сфокусированным в малой области вблизи браны.