Многомерная Вселенная

Многомерная вселенная

Многомерная вселенная — это гипотеза в физике, согласно которой Вселенная может содержать больше, чем три пространственных измерения, наблюдаемых человеком. Эта идея является центральной в ряде современных теорий, таких как теория струн и теория суперсимметрии, и используется для объяснения ряда физических явлений, которые не удаётся описать в рамках стандартной модели физики элементарных частиц.

Историческое развитие идеи

Представление о многомерной Вселенной берет свои корни в работе немецкого математика Бернхарда Римана в 19 веке, который предложил концепцию многомерного пространства как математического объекта. Позднее, в 20 веке, теория относительности Альберта Эйнштейна привела к идее четырёхмерного пространства-времени, объединив три пространственных измерения с временем в единый континуум .

Однако, начиная с 1960-х годов, идея дополнительных измерений получила новое развитие с появлением теории Калуцы-Клейна, предложенной для объединения электромагнетизма и гравитации в рамках пятимерного пространства. Хотя эта идея не получила широкого распространения в то время, она заложила основу для современных теорий многомерной Вселенной .

Многомерные теории

Самой известной теорией, включающей многомерную Вселенную, является теория струн, которая предполагает существование не только четырёх, но и 10 или 11 измерений. В этой теории элементарные частицы представляются как одномерные объекты (струны), которые колеблются в многомерном пространстве. Эти дополнительные измерения могут быть "свернуты" на микроскопических масштабах и недоступны для наблюдения .

Другая важная теория, связанная с многомерной Вселенной, — это теория суперсимметрии и её расширение, теория М, которая объединяет пять различных версий теории струн и постулирует существование 11 измерений .

Экспериментальные доказательства

На сегодняшний день прямых экспериментальных подтверждений существования дополнительных измерений нет, однако косвенные свидетельства могут быть получены через наблюдения в рамках высокоэнергетической физики. В частности, эксперименты на Большом адронном коллайдере (LHC) пытаются обнаружить признаки сверхсимметричных частиц, которые могли бы подтвердить существование дополнительных измерений . Также предполагается, что гравитационные волны могут указывать на дополнительные измерения через отклонения от предсказаний общей теории относительности .

Теория мембран

Другой аспект многомерных моделей — это теория мембран (или браны), которая рассматривает нашу Вселенную как четырёхмерную поверхность (трёхмерная пространство плюс время), "плавающую" в многомерном пространстве. В этой теории другие Вселенные могут существовать в дополнительных измерениях, и они могут влиять друг на друга гравитационными силами. Такие идеи исследуются в рамках так называемой модели RS1 и RS2 (модель Рэндалла-Сундрума), которые предполагают, что гравитация может "утекать" в дополнительные измерения, что объясняет её относительную слабость по сравнению с другими фундаментальными силами .

Применение в космологии

Многомерные теории также используются для объяснения ряда космологических явлений, таких как тёмная материя и тёмная энергия. В некоторых моделях тёмная материя может быть результатом влияния частиц или полей, существующих в дополнительных измерениях, но взаимодействующих с нашей Вселенной только гравитационным образом .

Кроме того, существуют гипотезы, что Большой взрыв был результатом столкновения двух мембран в многомерном пространстве, что привело к возникновению нашей Вселенной .

Критика и проблемы

Несмотря на теоретическую привлекательность, идея многомерной Вселенной сталкивается с рядом трудностей. В первую очередь, это отсутствие прямых экспериментальных подтверждений существования дополнительных измерений . Кроме того, многие предсказания теорий струн и теории М находятся за пределами досягаемости современных экспериментов, что делает их проверку чрезвычайно сложной .

Связанные концепции

Примечания

Riemann, B. (1868). "On the Hypotheses which Lie at the Bases of Geometry." Abhandlungen der Königlichen Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen.
Kaluza, T. (1921). "Zum Unitätsproblem der Physik." Sitzungsberichte der Preußischen Akademie der Wissenschaften.
Klein, O. (1926). "Quantum Theory and Five-Dimensional Theory of Relativity." Zeitschrift für Physik.
Polchinski, J. (1998). "String Theory." Cambridge University Press.
Randall, L., Sundrum, R. (1999). "Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension." Physical Review Letters.
ATLAS Collaboration (2015). "Search for Extra Dimensions in Diphoton Events with the ATLAS Detector at sqrt(s) = 13 TeV." CERN.
Arkani-Hamed, N., Dimopoulos, S., Dvali, G. (1998). "The Hierarchy Problem and New Dimensions at a Millimeter." Physics Letters B.