Лиза Рэндалл - Закрученные пассажи: Проникая в тайны скрытых размерностей пространства.
• Гравитация отлична от всех других взаимодействий. Она никогда не захватывается браной и всегда распространяется вдоль всех измерений.
• Если теория струн описывает вселенную, она может содержать много бран. В этом смысле миры на бранах очень естественны.
V Схемы для вселенных с дополнительными измерениями
Глава 17
Редконаселенные пассажи: мультивселенные и уединение
Just turn around now
(cause) you’re not welcome anymore.
Gloria Gaynor[138]
Несмотря на действующий на небесной бране полный запрет на азартные игры, Икар III все-таки не удержался. Он проигнорировал несколько предупреждений, поэтому его приговорили к заключению на Тюремной бране, далекой бране, отделенной от Небесной браны пятым измерением. Но даже находясь в заключении, он упорно пытался установить контакты со своими прежними дружками. Однако расстояние между двумя бранами делало общение затруднительным. Ему приходилось подолгу голосовать, чтобы привлечь внимание почтальонов, разносивших почту по балку, ибо многие почтальоны игнорировали его мольбы. Те немногие, кто останавливались, всегда доставляли его послания на небесную брану, хотя скорость доставки была удручающе малой.
Тем временем на Небесной бране начались беспорядки. Ангелы-хранители, которые так храбро спасли иерархию, не испытывали никакого уважения к семейным ценностям других обитателей и были на грани создания межпоколенческой нестабильности. падшие небесные ангелы считали приемлемыми любые пары и поощряли всех к помолвкам с партнерами из другого поколения.
Когда Икар осознал опасность, он был ошеломлен. Он решил непременно исправить ситуацию. Икар понял, что неторопливое общение с Небесной браной, к которому его вынуждали обстоятельства, может сыграть на руку, и позволит постепенно унять непомерную гордыню вышедших из-под контроля ангелов. Вмешательство Икара помогло, и ангелы перестали угрожать общественному порядку. И хотя Икар III по-прежнему должен был отбывать свой срок, избавленные от опасности обитатели небесной браны с тех пор всегда славили его в своих мифах.
Эта глава посвящена понятию уединения, одной из причин, по которым дополнительные измерения могут оказаться важными для физики частиц. Уединенные частицы физически разделены на разных бранах. Если разные частицы помещены в разную окружающую среду, уединение могло бы объяснить определенные свойства, отличающие одну частицу от другой. Уединение могло бы быть причиной, по которой анархический принцип, утверждающий, что все должно взаимодействовать, оказывается не всегда верным. Если частицы разделены в дополнительных измерениях, они не так охотно взаимодействуют друг с другом.
В принципе, частицы могут быть уединены и в трех пространственных измерениях. Но, насколько мы знаем, все направления и все точки в трехмерном пространстве равноправны. Известные законы физики утверждают, что каждая частица может находиться где угодно в наблюдаемых трех измерениях, так что уединение в трех измерениях — это не выход. Однако в многомерном пространстве фотоны и заряженные объекты не обязательно могут находиться где угодно. Дополнительные измерения предлагают способ разделения частиц. Определенные типы частиц могут удерживаться в отдельных областях пространства, занятых разными бранами. Так как не все точки в дополнительных измерениях выглядят одинаково, эти измерения дают способ разделения частиц путем удержания разных типов частиц на разделенных бранах.
Теории, которые уединяют частицы, обладают потенциалом для решения многих проблем. История про Икара относится к моему первому подходу к анализу дополнительных измерений — применению уединения к нарушению суперсимметрии. В то время как четырехмерные теории сталкиваются с серьезными проблемами из-за того, что нарушающие суперсимметрию модели в общем случае содержат нежелательные взаимодействия, уединенные модели с нарушенной суперсимметрией кажутся намного более обещающими. Уединение могло бы также объяснить, почему частицы имеют массы, отличающиеся друг от друга, и почему распад протона не происходит в моделях с дополнительными измерениями. В этой главе мы используем идею уединения и несколько ее приложений к физике частиц. Мы увидим, что даже такие идеи, как суперсимметрия, которая, как мы думали, применима в четырехмерном пространстве-времени, могут быть с большим успехом применены в моделях с дополнительными измерениями.
Мой путь к дополнительным измерениям
Физики — счастливые люди в том плане, что у них много возможностей встречаться на конференциях и делиться с коллегами стимулирующими идеями. Но ежегодно проводится такое ошеломляющее количество конференций и рабочих совещаний по физике частиц, что трудно сделать выбор, какие приглашения принять. Одни конференции — это большие собрания, позволяющие ознакомится с текущими работами других и поделиться вашими последними результатами.
Другие — сравнительно небольшие встречи, на два или три дня, где физики сообщают главные результаты в очень специальной области. Есть также расширенные рабочие совещания, где физики завязывают сотрудничество с коллегами или подводят итоги. Иногда конференции проводятся в таких замечательных местах, что было бы грешно их пропустить.
Хотя Оксфорд — очень приятное место, конференция по суперсимметрии, в которой я принимала участие в начале июля 1998 года, относилась ближе к первой категории. Суперсимметрия, которая в течение многих лет рассматривалась как единственный возможный способ решить проблему иерархии, с течением времени развилась в главную область исследований, так что каждый год физики собирались для того, чтобы обсудить последние достижения в этой области.
Однако на Оксфордской конференции были сюрпризы. Самым интересным разделом оказалась не суперсимметрия, а недавно родившаяся идея о дополнительных измерениях. Один из наиболее стимулирующих докладов был посвящен большим дополнительным измерениям (об этом пойдет речь в гл. 19). Другие доклады были посвящены судьбе дополнительных измерений в теории струн, а также возможным экспериментальным приложениями дополнительных измерений. Новизна и гипотетический характер, подобных идей подчеркивались даже самими названиями докладов. Теоретик из Чикаго Джефф Харви и несколько следующих докладчиков шутливо назвали свои доклады так, что они перекликались с Островом Фантазий. Джо Ликкен, теоретик из Фермилаб, даже приготовил слайд с маленьким человечком с табличкой «Da brane. Da brane». (Нет нужды говорить, что пародия на Татту и его знаменитое приветствии «da plane» на Острове Фантазий была понятна только тем, кто смотрел в семидесятых американское TV.)
Несмотря на шутливый стиль, после этой конференции я стала размышлять о дополнительных измерениях и о том, почему проблемы физики частиц могли быть решены в мире с дополнительными измерениями. Хотя я была скептически настроена в отношении больших дополнительных размерностей, которые были одной из горячих тем для обсуждения, и не планировала сама заниматься ими, я была убеждена, что браны и дополнительные измерения могут служить важными инструментами для построения моделей, способных в принципе объяснить некоторые непонятные явления физики частиц, которые не поддаются простым четырехмерным объяснениям.
В том году я планировала провести остаток лета в Бостоне, хотя это было для меня не характерно; большинство бостонских физиков-теоретиков, включая меня, проводило каждый год большую часть лета в разъездах, принимая участие в разного рода конференциях и рабочих совещаниях. Но я решила остаться дома, отдохнуть и подумать о новых идеях.
Раман Сундрум, который был тогда постдоком в Бостонском университете, также решил провести лето в Бостоне. Мы часто встречались на конференциях или пересекались в моем или его институте. Нам даже пришлось недолго в одно и то же время быть постдоками в Гарварде. Так как Раман уже занимался дополнительными измерениями, я решила, что будет полезно обсудить с ним мои идеи.
У Рамана очень интересный характер. Большинство физиков на ранних стадиях своей научной карьеры работают над сравнительно безопасными проблемами — вопросами общего-характера, в которых они, возможно, достигнут прогресса. Однако Раман определенно хотел сосредоточиться на самом, по его мнению, важном, даже если эта задача была очень сложная или ею мало кто занимался. Несмотря на очевидный талант, такой подход к делу не позволил ему получить работу на факультете и привел на третью постдоковскую позицию. Но в это время Раман думал о дополнительных измерениях и бранах; его интересы начали постепенно совпадать с интересами остальной части физического сообщества.
