Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.

Физика вступила в замечательную эру. Идеи, которые когда-то были в царстве научной фантастики, входят в сферу нашей теоретической — и, возможно, даже экспериментальной — достижимости. Новейшие теоретические открытия о дополнительных измерениях необратимо изменили представление физиков-частичников, астрофизиков и космологов о нашем мире. Само количество и темп открытий говорят нам, что мы, вероятно, только дотронулись до крышки сокровищницы. Идеи обрели свою собственную жизнь.

Тем не менее нужно еще до конца ответить на многие вопросы, и наше путешествие еще далеко от завершения. Физики-частичники по-прежнему хотят знать, почему мы видим именно эти силы, и есть ли еще другие? Откуда берется масса и свойства близких частиц? Мы также хотим знать, верна ли теория струн. И если да, то как она связана с нашим миром?

Недавние космические наблюдения подбросили еще больше загадок, которыми мы хотим заняться. Из чего состоит большая часть энергии и вещества во Вселенной? Была ли короткая фаза взрывного расширения на ранней стадии эволюции Вселенной, и если да, то что ее вызвало? И каждый хочет знать, какой была Вселенная, когда она только начиналась.

Мы теперь знаем, что гравитация может вести себя очень по-разному на различных масштабах длины. На очень малых расстояниях только квантовая теория гравитации, такая как теория струн, будет описывать это взаимодействие. На больших масштабах общая теория относительности работает удивительно хорошо, но современные наблюдения Вселенной на очень больших расстояниях ставят космологическую загадку о том, что ускоряет ее расширение. А на еще больших расстояниях мы достигаем космологического горизонта, за которым мы вообще ничего не знаем.

Одним из интригующих аспектов теорий с дополнительными измерениями является то, что они естественным образом дают разные следствия на разных масштабах. Проявление гравитации в таких теориях на расстояниях меньших, чем свернутые измерения, или там, где кривизна слишком мала для того, чтобы оказывать влияние, отличается от ее поведения на больших расстояниях, где дополнительные измерения могут быть невидимы, или где искривление становится важным. Это дает нам основания думать, что дополнительные измерения могли бы когда-нибудь пролить свет на некоторые таинственные черты космоса. Если мы действительно живем в многомерном мире, мы, конечно же, не можем пренебрегать космологическими следствиями этого. Некоторые исследования в этой области уже были сделаны, но я уверена, что нас ожидает еще много интересных результатов.

Куда, на мой взгляд, физика пойдет дальше? Есть слишком много возможностей, для того чтобы их перечислять. Но позвольте мне описать несколько интригующих наблюдений, которые подсказывают, что еще много важных теоретических сюрпризов остается в запасе — тех, которые могут приблизиться к ответу в ближайшее время. Все эти тайны сконцентрированы вокруг вопроса, который в этом месте может показаться шокирующим, а именно:

Что же вообще такое измерения?

Как я могу задавать такой вопрос так поздно? Ведь я уже посвятила большую часть этой книги обсуждению дополнительных измерений и некоторым возможным следствиям предложенных миров с такими измерениями. Но теперь, когда я рассказала вам, что мы понимаем об измерениях, позвольте мне ненадолго вернуться к этому вопросу.

Так что же в действительности означает число измерений? Мы знаем, что число измерений определяется как число величин, необходимых для задания положения точки в пространстве. Но в гл. 15 и 16 я привела примеры, показывающие, что десятимерные теории иногда имеют те же физические следствия, что и одиннадцатимерные.

Такая дуальность подсказывает, что наше понятие измерения не настолько определенно, как кажется, — в определении есть пластичность, которая ускользает от обычной терминологии. Дуальные описания одной теории говорят нам, что ни одна из формулировок не является с необходимостью лучшей. Формулировки и даже число измерений в наилучшем описании могут зависеть, например, от величины струнной константы связи. Поскольку ни одна из теорий не дает лучшего описания, вопрос о числе измерений не всегда имеет простой ответ. Эта неопределенность в смысле измерений и явное появление дополнительного измерения в сильно взаимодействующих теориях представляют собой наиболее важные наблюдения в теоретической физике в последнее десятилетие. Позвольте мне теперь перечислить несколько наиболее интригующих теоретических открытий, которые указывают на то, что понятие измерения несколько более размыто, чем нам бы хотелось думать.

I. Закрученная геометрия и дуальность