У Всесвіті у всіх на виду можуть ховатися додаткові виміри: що кажуть фізики

У 1919 році фізик Теодор Калуца висунув гіпотезу, що додаткові виміри можуть вирішити деякі невирішені загадки фізики. Поки що жодних доказів існування якихось додаткових вимірів, що виходять за рамки звичного нам чотиривимірного простору-часу, не виявлено. Але все ж таку можливість виключати не можна, вважає американський астрофізик Пол Саттер, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Загадка гравітації

Одна з найбільших загадок сучасної фізики — це так звана проблема ієрархії. По суті, сила гравітації занадто слабка. Вона в мільярди мільярдів разів слабкіша за будь-яку іншу фундаментальну силу природи і фізики не знають, чому, каже Саттер.

Одна з можливостей полягає в тому, що гравітація здатна на щось особливе, чого не можуть робити інші сили природи. Нагадуємо, що крім гравітації існує ще електромагнітна сила, а також слабка та сильна взаємодія. Усі вони є фундаментальними силами природи.

За словами Саттера, можливо у Всесвіті існує більше вимірів, ніж звичний нам чотиривимірний простір-час, який складається з трьох вимірів простору та одного виміру часу. Можливо, всі інші сили прив'язані до простору-часу, але гравітація поширюється і на додаткові виміри. Це настільки послабило б гравітацію, що вона здавалася б слабкою.

Де знаходяться додаткові виміри?

Тоді виникає запитання: де саме знаходяться ці додаткові виміри? Люди не відчувають жодних додаткових вимірів і фізики їх не виявили. Саттер вважає, що додаткові виміри мають бути загорнуті навколо один одного в настільки малих масштабах, що ми їх не помічаємо. Коли ми рухаємося у Всесвіті, ми фактично оминаємо всі ці згорнуті виміри.

Щоб зробити гравітацію настільки слабкою, додаткові виміри повинні мати розмір приблизно в одну десяту міліметра, що неймовірно багато для субатомних процесів. І єдина причина, через яку фізики не помітили таких великих додаткових вимірів, полягає в тому, що тільки гравітація може їх відчувати, каже вчений.

За словами Саттера, все ж існують способи побачити приховані виміри, не маючи до них прямого доступу. Уявіть, що ви дуже сильно згортаєте паперову трубку і потім запускаєте безмасову частинку, наприклад, фотон, по її краю. Ця частинка рухатиметься вздовж трубки, але також і по її колу.

Якщо ви подивитеся на трубку з досить великої відстані, ви не побачите її згорнутий вимір. Ви побачите, як фотон рухається вниз, але оскільки частина його руху відбувається в невидимому для нас вимірі, буде здаватися, що він рухається повільніше за світло. Але частинки, які повільніші за світло, мають масу, а це означає, що якби фотони могли проникати в додаткові виміри, вони б зовсім не були безмасовими частинками. Фотон, частинка світла, не має маси.

Як можна виявити додаткові вимірювання?

Передбачається, що переносником гравітації є безмасові частинки — гравітони. Ці гравітони рухалися б зі швидкістю світла, але якби вони могли проникати в додаткові виміри, вони б здавалися частинками, що мають масу. А через дивні правила квантової механіки і хвильову природу частинок ми б побачили нескінченну безліч мас гравітонів, каже Саттер.

Тому ключем до виявлення додаткових вимірів можуть бути експерименти на прискорювачах частинок, які допомогли б виявити частинки, схожі на гравітони, що мають масу.

Але поки що цих частинок не виявили. Але це не означає, що додаткових вимірів не існує. Деякі фізики вважають, що додаткові виміри настільки сильно викривляються, що робить їх достатньо великими для пояснення слабкої сили гравітації, але це робить гравітони невидимими для прискорювачів частинок.

Тому, можливо, додаткові виміри ховаються у всіх на виду.

Як уже писав Фокус, вчені змогли пояснити незвичайну фізику космічний структур довжиною в мільйони світлових років.

Також Фокус писав про те, що на Марсі, можливо, виявлено рідку воду. Нові дані показують, що Марс не такий сухий, як вважалося раніше.