Лиза Рэндалл - Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.
Даже если Вселенная действительно имеет много измерений, и знакомые нам частицы и силы захвачены простирающейся в трех измерениях браной, они будут продолжать вести себя так, как будто живут только в трех измерениях. Захваченные бранами частицы будут перемещаться только по бране. И если на брану упадет свет, его лучи будут распространяться только по бране. На трехмерной бране свет будет вести себя в точности так же, как в реальной трехмерной Вселенной.
Кроме того, захваченные бранами силы оказывают влияние только на частицы, захваченные той же браной. Вещество, из которого мы состоим, — ядра и электроны — и силы, с которыми взаимодействуют эти строительные блоки, например электрические силы, должны быть заключены на трехмерной бране. Связанные бранами силы будут распространяться только вдоль своей браны, а захваченные бранами частицы будут обмениваться и перемещаться только вдоль измерений браны.
Таким образом, если вы живете на такой трехмерной бране, вы можете свободно перемещаться по ее измерениям, так же как вы это сейчас делаете в трех измерениях. Все захваченное трехмерной браной будет выглядеть совершенно так же, как это выглядело бы, если бы мир был действительно трехмерным. Другие измерения будут существовать по соседству с браной, но все, что прилипло к трехмерной бране, никогда не сможет проникнуть в балк с большим числом измерений.
Однако, хотя силы и материя могут быть приклеены к бране, миры бран, как мы знаем, интересны именно потому, что не все захватывается единственной браной. Например, гравитация никогда не захватывается браной. Согласно общей теории относительности, гравитация неразрывно сплетена со структурой пространства и времени. Это означает, что гравитация должна действовать во всем пространстве и в любом измерении. Если бы она могла быть привязана к единственной бране, мы были бы вынуждены отвергнуть общую теорию относительности.
К счастью, это не так. Даже если браны существуют, гравитация будет ощущаться везде, на бранах и вне них. Это важно, так как означает, что миры на бранах должны взаимодействовать с балком, пусть даже только через гравитацию. Так как гравитация проникает в балк, и все взаимодействует через гравитацию, миры на бранах будут всегда связаны с дополнительными измерениями. Миры на бранах не существуют в изоляции, они есть часть большего целого, с которым они взаимодействуют. В дополнение к гравитации, в балке, возможно, существуют другие частицы и силы. Если это так, то подобные частицы могут также взаимодействовать с частицами, захваченными браной, и связывать сидящие на бране частицы с балком большей размерности.
Браны, возникающие в теории струн, которые мы кратко рассмотрим ниже, обладают, помимо упомянутых свойств, специфическими свойствами: они могут обладать особыми зарядами и особым образом откликаться, если их толкнуть. Однако ниже, говоря о бранах, я буду редко обращаться к таким детальным свойствам. Достаточно знать те свойства, которые мы рассмотрели в этой главе: браны — это поверхности меньшего числа измерений, которые могут быть прибежищем частиц и сил и являться границами пространства с большим числом измерений.
Миры на бранах: эскиз шведской стенки из бран
Так как браны могут захватывать большинство частиц и сил, то вполне вероятно, что Вселенная, в которой мы живем, может размещаться на трехмерной бране, плавающей в море дополнительных измерений. Гравитация будет простираться и в дополнительные измерения, но звезды, планеты, люди и все прочее, что мы ощущаем, может находиться в заточении на трехмерной бране. В этом случае мы бы жили на бране. Брана могла бы быть нашей естественной средой обитания. Понятие о мире на бране основано на этом предположении (рис. 28).
Если может существовать одна брана, висящая в пространстве-времени большего числа измерений, то ничто не препятствует возможности существования
многих других бран. В сценарии мира бран часто рассматривают не только одну-единственную брану. До сих пор мы не знаем, сколько бран или их типов может существовать в космосе. Теории, рассматривающие более чем одну брану, иногда называют теориями мультивселенной (рис. 29). Часто это слово используется для описания космоса, состоящего из невзаимодействующих или только слабо взаимодействующих частей.
Термин «мультивселенная» кажется мне несколько странным, так как Вселенная, по определению, есть целое, представляющее единство своих частей. Однако возможно, что существуют различные браны, находящиеся на слишком большом расстоянии друг от друга, чтобы сообщаться между собой, или способные сообщаться друг с другом очень слабо, за счет обмена движущимися между ними частицами. Тогда частицы на далеких бранах будут испытывать совершенно разные силы, и прикрепленные к бране частицы никогда не будут иметь прямого контакта с частицами, прикрепленными к другой бране. Таким образом, когда существует более одной браны и они не имеют общих сил кроме тяготения, тогда я буду иногда называть приютившую их всех вселенную мультивселенной.
Размышления о бранах убеждают в том, что мы очень мало знаем о пространстве, в котором живем. Вселенная может быть величественной конструкцией, связывающей перемежающиеся браны. Даже если мы знаем все основные ингредиенты, в мультивселенной, содержащей более одной браны, становятся возможными экзотические новые сценарии геометрии пространства, а также мириады возможностей для распределения известных или неизвестных частиц на этих бранах. Имея на руках одну колоду карт, можно получить много разных вариантов сдач. Имеется множество возможностей.
Одни браны могут быть параллельными нашим и могут вмещать параллельные миры. Но может существовать и множество других типов миров. Браны могут пересекаться, и на пересечениях частицы могут попадать в ловушку. Браны могут иметь разные размерности. Они могут искривляться. Они могут двигаться. Они могут закручиваться вокруг невидимых измерений. Дайте волю своему воображению и нарисуйте любую картину, какая вам придет в голову, Не исключено, что в космосе существует и такая геометрия.
В мире, в котором браны погружены в балк большего числа измерений, могут существовать частицы, исследующие высшие измерения, и частицы, остающиеся в плену у бран. Если одна брана отделена от другой балком, то некоторые частицы могут находиться на первой бране, другие — на второй, а некоторые — посередине. Теории описывают много способов, которыми частицы и силы могут быть распределены по разным бранам и по балку. Даже для бран, выведенных из теории струн, мы до сих пор не знаем, почему эта теория должна выделять какое-то конкретное расположение частиц и сил. Миры бран предлагают новые физические сценарии, которые могут описывать одновременно тот мир, который, как мы считаем, нам известен, и другие миры, которые мы не знаем, находящиеся на других бранах, которых мы не знаем, и отделенные от нашего мира невидимыми измерениями.
Могут существовать новые силы, прикованные к удаленным бранам. По этим бранам могут распространяться частицы, с которыми мы никогда не будем непосредственно взаимодействовать. По разным бранам, а возможно, и по балку, может быть распределена дополнительная материя, дающая вклад в темную материю и темную энергию, — т. е. ту материю и энергию, о существовании которых мы догадываемся по их гравитационным эффектам, но природа которых остается загадкой. И гравитация может даже по-разному действовать на частицы при переходе с одной браны на другую.
Если на другой бране есть жизнь, находящиеся там существа, заключенные в совершенно другую окружающую среду, почти наверняка испытывают влияние других сил, которые регистрируются другими чувствами. Наши чувства настроены на восприятие окружающих нас химических веществ, света и звука. Так как фундаментальные силы и частицы, скорее всего, другие, существа на других бранах, если они существуют, вряд ли ведут жизнь, напоминающую жизнь на нашей бране. Другие браны, вероятно, совсем непохожи на нашу. Единственной общей силой является гравитация, но даже влияние гравитации может изменяться.
Следствия существования миров на бранах будут зависеть от числа и типов бран и от их местоположения. К сожалению для любознательного читателя, не требуется, чтобы на нас очень сильно влияли частицы и силы, закрепленные на далеких бранах. Они всего лишь могут определять, что движется в балке, и испускать слабые сигналы, которые даже могут никогда нас не достичь. Поэтому будет очень трудно детектировать многие из возможных миров на бранах, даже если они действительно существуют. Кроме того, единственным взаимодействием, про которое мы с уверенностью можем сказать, что оно осуществляется между материей на нашей бране и материей на любой другой бране, является гравитация, представляющая необычайно слабую силу. А без прямого свидетельства их существования, мы не сможем вывести браны из области теории и догадок.
