Лиза Рэндалл - Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.
• Измерение может быть бесконечно длинным, но невидимым, если пространство-время должным образом закручено.
• Гравитацию можно локализовать, даже если она не закреплена жестко в конечной области.
• В локализованной гравитации безмассовая частица КК есть локализованный гравитон. Он концентрируется вблизи Гравитационной браны.
• Все другие частицы КК концентрируются вдали от Гравитационной браны; форма их функции вероятности и положения, где эти функции достигают максимума, зависят от их массы.
Глава 23
Задумчивый и раздвигающий пассаж
Someday girl I don’t know when
We’re gonna get to that place
Where we really want to go.
Bruce Springsteen[179]
Икар XLII решил жить с размахом. Он нацелился испытать сверхвысокие настройки Алисэксвира на многие мегапарсеки, с помощью которых он мог бы выйти за пределы Галактики и известной вселенной и ощутить простор далеких областей, которых никто ранее не видел.
Икар был восхищен, когда Алисэксвир унес его вдаль на расстояния в 9, 12 и даже 13 миллиардов световых лет. но его восторг поутих, когда он попытался пойти еще дальше, ибо тут мощность его сигнала резко упала, когда он замахнулся на 15 миллиардов световых лет, его полет прервалось полностью: он больше не получал никакой информации. Вместо этого он услышал: «Сообщение 5В73: клиент на Горизонте, с которым вы пытаетесь связаться, находится все зоны действия сети. Если вам нужна помощь, пожалуйста, обратитесь к вашему оператору дальней связи».
Он не верил своим ушам. Это был тридцать первый век, и тем не менее его служба Горизонта все еще обеспечивала только ограниченное покрытие, когда Икар попытался обратиться к оператору, автоответчик сказал: «пожалуйста, оставайтесь на бране. Вы получите ответ в порядке очередности поступления вызова». Икар подозревал, что оператор не ответит никогда, и был достаточно мудр, чтобы не ждать.
Предыдущая глава объяснила, почему искривление может снять ограничения на дополнительное измерение и позволить ему быть бесконечным и тем не менее ненаблюдаемым. Но бесконечное дополнительное измерение не есть конец физического рассказа: вещи становятся еще более странными. В этой главе будет объяснено, как четырехмерная гравитация (т. е. с тремя пространственными измерениями и одним временным) может быть по-настоящему локальным явлением, — гравитация может выглядеть совсем иначе вдалеке. Мы увидим, что не только пространство-время может казаться четырехмерным, когда в действительности имеется пять измерений, но и что мы можем жить в изолированном кармане с четырехмерной гравитацией внутри пятимерной вселенной.
Модель, которую мы сейчас рассмотрим, показывает, что разные области пространства могут обладать разным числом измерений. В процессе исследования некоторых необычных свойств локализованной гравитации физик Андреас Карч и я нашли модель пространства-времени, в которой это действительно происходит. Новый радикальный сценарий, к которому мы пришли, предполагает, что причина, по которой мы не видим дополнительные измерения, может быть более странной, чем кто-либо мог предполагать. Мы можем жить в четырехмерной дыре, в которой наличие трех пространственных измерения является просто следствием случайного расположения.
Осмысление
Когда я вновь просматриваю электронную почту того времени, когда Раман и я работали вместе, меня удивляет, что мы сумели закончить нашу работу среди такого большого количества отвлекающих обстоятельств. Когда мы начали наши исследования, я была в процессе переезда из МИТ в Принстон, где должна была занять должность профессора, и я также занималась планированием шестимесячного визита в Санта-Барбару в следующем году. Раман, проведя несколько лет на пост-докторских позициях, переживал, удастся ли ему получить работу на факультете, поэтому занимался подготовкой соответствующих докладов и документов. В это было трудно поверить. Он сделал прекрасную работу, и я и другие пытались убедить его, что в конце концов все получится, и ему не следует оставлять физику и пытаться сделать другую карьеру. Раман был явно предназначен для физики и определенно заслуживал отличной должности на факультете, и тем не менее у него были проблемы с работой. Мейлы того времени демонстрируют хаос: интересные физические темы чередуются с просьбами о рекомендательных письмах, с назначением времени докладов, с поисками жилья в Принстоне и с организацией конференции в Санта-Барбаре. Также было несколько обменов мейлами с другими физиками по поводу нашей работы. Но немного. Хотя работа RS2 была в конечном счете процитирована тысячи раз и получила признание, ее первоначальное восприятие было смешанным. Прошло некоторое время, прежде чем большинство физиков поняли нас и поверили нам. Один коллега говорил мне, что люди ожидали, что выход найдет кто-то другой, и поэтому не обращали на работу внимания. Конечно, вряд ли можно сказать, что доклад Рамана в Принстоне был встречен с энтузиазмом.
Даже те, кто действительно слушали, не обязательно проникались сразу нашей идеей. Обсуждение с теоретиком-струнником Энди Стромингером прояснило очень много, и теперь он смеется над тем, как сначала не воспринял ни одного нашего слова. К счастью, он не был слишком скептически настроен для того, чтобы слушать и разговаривать.
В физическом сообществе были некоторые, кто понял и поверил в то, что мы сделали, с самого начала. Нам повезло, что среди них был Стивен Хокинг, и что он сразу поделился своим энтузиазмом с физической аудиторией. Я вспоминаю, что Раман возбужденно говорил мне, как на престижных лекциях Лёба в Гарварде Хокинг сконцентрировался, в основном, на нашей работе.
Несколько других физиков также работали над близкими проблемами. Но следующей осенью, через несколько месяцев после того, как наша работа была опубликована (и через много месяцев после того, как мы начали говорить о ней), все физическое сообщество начало обращать на нее внимание. Счастливым случаем оказалось то, что Давид Кутасов, израильский физик из Чикагского университета, Миша Шифман, физик-частичник русского происхождения из университета Миннесоты, и я организовали осенью 1999 года шестимесячный семинар в Институте теоретической физики Кавли в Санта-Барбаре. Первоначальной целью этого семинара было свести вместе теоретиков-струнников и строителей моделей и извлечь пользу из возникшего слияния интересов в исследованиях таких тем, как суперсимметрия и калибровочные теории сильных взаимодействий. Мы начали планировать семинар заранее, до того, как понятие бран и дополнительных измерений вмзвало такой ажиотаж.
Хотя мы надеялись на некоторое сотрудничество между теоретиками-струн-никами и строителями моделей, мы не знали в начале организации семинара, что мы будем думать о дополнительных измерениях, когда конференция действительно будет происходить.
Но время проведения оказалось счастливым. Семинар предоставил замечательную возможность облечь в плоть наши идеи о дополнительных измерениях, а для строителей моделей, специалистов по струнам и общей теории относительности — поделиться опытом. Произошло много восхитительных дискуссий, и закрученная геометрия была одной из главных тем. Наконец и строители моделей, и специалисты по струнам восприняли закрученную пятимерную геометрию всерьез. В действительности различие между двумя областями сгладилось, когда люди стали работать вместе над подобными проблемами закрученной геометрии и другими идеями.
В дальнейшем многие физики работали над другими аспектами закрученной геометрии, устанавливая связи и исследуя тонкости, что сделало локализованную гравитацию еще более интересной. Хотя специалисты по струнам сначала отметали RS1 (закрученную геометрию с двумя бранами) как модель, как только они начали исследования, они нашли способы реализовать сценарий RS1 в теории струн. Вопросы теории черных дыр, временной эволюции и связи с идеями из теории струн и частиц также оказались плодородной почвой для исследований. Локализованная гравитация теперь изучалась в различных контекстах, и новые идеи продолжают появляться.
После того как наша теория была принята, некоторые физики фактически ударились в другую крайность, заявляя, что в нашей теории нет ничего нового. Один специалист по струнам пошел настолько далеко, что заключил, что вычисление в теории струн влияния мод Калуцы — Клейна было «дымящимся револьвером», который доказывал, что наша теория была не чем иным, как версией теории струн, которую физики-струнники уже изучали. Это соответствует шутливой присказке в науке о том, что новая теория проходит через три фазы, прежде чем быть признанной: сначала она неправильная, затем очевидная и, наконец, кто-нибудь утверждает, что кто-то другой уже сделал это первым. В нашем случае, однако, «дымящийся револьвер» превратился в дым, когда физики осознали, что вычисления в теории струн были намного сложнее, чем они думали, и что желаемый ответ из теории струн в действительности был ошибочным. Правдой же было то, что пересечение с работами из теории струн было волнующим для всех нас и привело и к новым важным прозрениям. Оказалось, что локализованная гравитация сильно пересекалась с самыми важными идеями в развитии теории струн того времени: и наша работа, и исследования теоретиков-струнников привлекали аналогичную закрученную геометрию. В действительности, возможно потому, что наши исследования не бросали прямого вызова моделям теории струн, сообщество теории струн фактически приняло и признало важность нашей работы скорее, чем сообщество строителей моделей. Хотя сначала это казалось случайным, возможно, это было указание на то, что все мы были на правильном пути. И к счастью, у Рамана в дальнейшем больше не было проблем с трудоустройством (он теперь профессор в Университете Джона Хопкинса).
