Параллельные миры

Теперь если представить, что поле живет в пространстве, одно или несколько измерений которого свернуты в маленькие окружности (или просто свернуты), получается эффективное пространство меньшей размерности. В этом случае полю требуется преобразовать себя так, чтобы число компонент уменьшилось до количества, которое ожидается от него в таком пространстве.

Лишние компоненты поля при этом оказываются полностью независимыми, самостоятельными и выступают в пространстве меньшей размерности как новые поля.

Осколки единого поля в теории Калуцы — Клейна

Идея теории Калуцы — Клейна состоит в том, что некоторые наборы вроде бы никак не связанных полей в четырехмерном пространстве могут оказаться осколками единого поля в пространстве более высокой размерности. Десятимерие и одиннадцатимерие для этого прекрасно подходят, так как у живущих там полей достаточно компонент, чтобы упаковать в них все имеющиеся в четырехмерии поля.

От наблюдаемых при доступных малых энергиях (в ускорителях) свойств элементарных частиц ученые экстраполируют эти свойства на очень высокие энергии, недоступные пока в ускорителях, но существенные для струнного описания.

Теоретически мы можем рассчитать поведение какой-либо системы на долгое будущее, но вот практически это можно сделать лишь в некотором приближении. Для наиболее точного вычисления была создана теория возмущений, т. е. сначала рассчитывается в приближении, а потом вносятся поправки.

Но есть ситуации, где теория возмущений неприменима, например когда надо рассчитать движение в системе тройной звезды, если массы звезд примерно одинаковые. Подобные ситуации называют сильной связью, и такие задачи можно либо решить точно, либо они вообще не решаются.

М-ТЕОРИЯ

Проблема сильной связи есть и в теории суперструн. Струны могут делать то, что недоступно частицам. При наличии хотя бы одного скрученного измерения они могут наматываться на него, обернувшись один или несколько раз. А с точки зрения наблюдателя это выглядит как появление некоторых новых частиц.

При определенных соотношениях между радиусом свернутого измерения и количеством оборотов струны такие (новые) частицы становятся легкими и их можно сравнить с теми безмассовыми частицами, которые ожидались с самого начала как соответствующие низшим гармоникам колебаний струны.

В итоге получается, что при слабом взаимодействии между струнами, в рамках стандартной теории возмущений, струна рождает частицы определенного типа, реализующие определенные симметрии, в частности суперсимметрию. В другом диапазоне струна может порождать другие частицы.

Но, кроме того, каждый из пяти типов суперструн (пять теоретических разработок) способен порождать наборы частиц, которые выглядят как соответствующие колебания суперструны другого типа. Это происходит в области сильной связи. Например, струна первого типа умеет в области сильной связи имитировать струну второго типа и наоборот.

Обнаружив это, ученые сделали вывод, что имеющиеся описания суперструн — все пять теорий — являются «подтеориями», частью одной более общей теории, которая уже становится не только теорией суперструн. Причем она выглядит как теория суперструн только в области слабой связи, а в области сильной связи она может обнаружить совершенно новые возможности.

Такую, более общую, теорию назвали М-теорией, от слова Mystery. Это именно та теория, различные фазы которой может описывать каждая из пяти теорий суперструн из десятимерия.

Сначала предлагалось поселить М-теорию в 11-мерность. Тогда можно увидеть, каким образом лишние (по сравнению с десятимерием) степени свободы теории комбинируются в 10-мерный мир, населенный суперструнами.

Например, одна теория получается, когда 11-е измерение скручивается в очень маленькую окружность — этакий 10-мерный цилиндр. Другая теория возникает, когда М-теория выделяет две 10-мерные плоскости на некотором (очень малом) расстоянии друг от друга.

Эти плоскости, а точнее гиперплоскости, параллельны друг другу. Тогда 10-мерный мир воспроизводится граничными эффектами чего-то более общего, происходящего во всем объеме 11-мерного пространства.

Оказалось, что при слабой связи и малой энергии М-теория превращается в 11-мерную теорию супергравитации! Таким образом, последняя, до этого стоявшая особняком, включилась в общую картину мира. Однако 11-мерность может породить только две теории суперструн. Остальные три не смогли произойти из первых двух, и был сделан шаг к увеличению размерности.

Для вывода из одного источника всех теорий суперструн требуется 12-мерное пространство, где наряду с 10-пространственными измерениями имеются два времени. Но в то время как каждая из пяти теорий суперсимметрична, никакой суперсимметрии в 12-мерном пространстве нет.

Следовательно, создание теории суперструн связано с проблемой единой физической теории о мироздании.

Мировой лист