Знание-сила, 2002 № 10 (904)

Казалось бы, что толку от такого, практически несуществующего измерения? Оказывается, теоретический толк от него громаден. Уравнения Эйнштейна-Максвелла, переписанные для пяти измерений, немедленно привели к предсказанию закона сохранения электрического заряда и к другим содержательным физическим выводам. Но в теории были свои затруднения (она, например, предсказывала, что гравитационная постоянная в законе Ньютона должна меняться со временем), и поэтому она была заброшена.

В наше время, когда были обнаружены и другие силы природы, кроме гравитационных и электромагнитных, снова возникло стремление найти уравнения, из которых следовали бы законы, управляющие всеми силами сразу. Наиболее далеко в этом направлении продвинулась теория суперструн. В ее основе лежит представление о микрочастицах вещества как о тончайших и крохотных струнах, находящихся под огромным натяжением (оно соответствует энергии частиц).

Эта теория, как и теория Калуцы-Клейна, тоже оказалась способной объединить законы различных физических взаимодействий в единых уравнениях, но платить за это и здесь пришлось переходом к многомерному, на сей раз десятимерному, пространству (девять измерений которого пространственны, а десятое – время). Поскольку шесть новых измерений мы ни увидеть, ни обнаружить не в состоянии, пришлось предположить, что все они тоже свернуты в «трубку» крайне малой толщины – в первых вариантах теории эта толщина была порядка мельчайшей пространственной единицы, так называемой планковской длины (10“33 сантиметра). В последние годы, однако, на смену исходной теории суперструн пришло ее обобщение, именуемое М-теорией (некоторые энтузиасты расшифровывают это название как «Материнская теория», то есть теория, из которой следует «все остальное»). В ней пространство уже одиннадцатимерно, причем одиннадцатое измерение – это некое расстояние, которое может быть очень большим (оно не «свернуто»).

Поскольку та космологическая гипотеза, с которой мы начали статью, построена как раз на основе М-модели, скажем коротко, как выглядит мир (космос) в этой теории. Это 11-мерный мир, 6 пространственных измерений которого свернуто в трубку, но, возможно, не так туго, как думалось раньше, вплоть до того, что, возможно, глядя на эту трубку в торец, мы увидим не точку, а кружок диаметром до миллиметра! (Это, кстати, уже можно надеяться обнаружить и экспериментально.) Вешество, из которого мы состоим, и все силы, кроме гравитационной, сосредоточены в обычных четырехмерных «малых вселенных», каждая из которых представляет собой что-то вроде «листа» с толщиной, равной толщине, до которой свернуты остальные 6 измерений.

Эти листы-вселенные называются 3-брэйн (З-brane), и они разделены неким расстоянием вдоль одиннадцатого измерения. Для наглядности можно себе представить две такие «малые вселенные» просто как две дощечки небольшой толщины, параллельные друг другу, подобно пластинам конденсатора (нужно только иметь в виду, что «дощечки» эти имеют 4 измерения: если их высота соответствует оси времени, то ширина – сразу всем обычным пространственным измерениям).

Теперь мы готовы понять, какую идею выдвигают Стейнхардт и Турок и к каким выводам она приводит. Эти авторы говорят, что гравитационная сила действует не только в пространстве каждого 3-брэйна, но и между ними. Поэтому два соседних «листа» притягиваются друг к другу и, обладая массой (ведь в каждом из них есть вещество), набирают огромную кинетическую энергию. По истечении какого-то громадного времени они «соударяются», что приводит к моментальному превращению всей этой накопленной энергии в тепло. Под воздействием этого тепла, выделившегося внутри каждого «листа», образующая его «малая вселенная» начинает раздуваться (это можно представить себе как растяжение четырехмерного листа во все стороны: увеличение его «ширины» соответствует чисто пространственному, «хаббловскому» расширению «малой вселенной», а рост его «высоты» соответствует нарастанию времени с момента столкновения).

Иными словами, столкновение двух «листов» ведет к тем же результатам, что привычный нам Биг Бэнг. «Это и есть Биг Бэнг, – говорят авторы, – только без всяких сингулярностей, без всякого стягивания «малой вселенной» в точку».

Что дальше? Представим себе, что перед столкновением в каждой «малой вселенной» практически не было вещества. Тогда энергия, выделившаяся в момент столкновения, начинает превращаться в частицы, которые самым случайным образом заполняют все пространство «листа». В каких-то местах этих частиц случайно больше, и такие микросгустки (квантовые флуктуации плотности) становятся «ядрами конденсации», на которых нарастает все больше и больше вещества, пока не образуются галактики и скопления галактик.