Сергей Лесков. Астрономы вышли на след параллельных миров

Недавно в США и Англии провели опрос на тему "Кого бы вы хотели клонировать?". На первом месте оказался Эйнштейн, от которого заметно отстали Христос и Элвис Пресли. Но самое любопытное в том, что знаменитый физик, создавший теорию относительности, которая восхищает всех, но которую не понимает почти никто, жестоко заблуждался. Единственная возможность спасти Эйнштейна - согласиться с тем, что наш мир имеет не три привычных измерения, а гораздо больше.

В то, что пространство имеет 3 измерения, верят только домохозяйки. Никто из серьезных ученых такую глупость не повторит. Но вокруг числа дополнительных измерений ведутся горячие дискуссии. В журнале Nature опубликована статья профессора Джозефа Силка из Оксфорда, где сделан вывод о том, что Вселенная насчитывает 6 пространственных измерений. То бишь 3 привычных, данных нам в ощущениях, и еще 3 дополнительных, которые мы не замечаем. При всей фантастичности этой версии профессор Силк предлагает общественности более удобоваримый и менее травматичный для воображения вариант дополнительных измерений пространства. Набирающая последнее время вес парадоксальная теория суперструн предлагает еще большее число дополнительных измерений - 8.

Каково бы ни было число дополнительных измерений, сам факт их существования выводится из странного поведения темной материи. Это еще не открытые, но предсказанные частицы неизвестной природы, из которых на 25% состоит наша Вселенная. Еще на 70% Вселенная состоит из так называемой темной энергии с положительной плотностью и отрицательным давлением. Лишь 3-5% Вселенной - доступная нам материя из протонов, электронов, нейтронов. Так вот, загадочная темная материя, которая состоит из частиц тяжелее протона, невидима для нас, выдавая себя при гравитационном воздействии.

Группа ученых из Оксфорда проанализировала поведение темной материи в маленьких галактиках и в массивных скоплениях галактик. Выяснилось, что в меньших объектах темная материя притягивает к себе вещество, но в больших такого воздействия почему-то нет, хотя темная материя должна присутствовать там в больших количествах, о чем говорит анализ вращения объектов. Профессор Силк предполагает, что на расстояниях порядка нанометра (одна миллиардная метра) три дополнительных пространственных измерения искажают гравитационные эффекты и влияют на взаимодействие темной материи с другим веществом. Но в крупных галактических группах частицы темной материи движутся с более высокими скоростями, чем в карликовых галактиках, и находятся дальше друг от друга, что делает незначительным эффект трех дополнительных измерений.

Что касается теории суперструн, которая предсказывает существование 8 дополнительных измерений пространства, то она снимает несколько противоречий теории относительности, которые видел, но не смог разрешить сам Эйнштейн. Теория суперструн предсказывает существование новой частицы - гравитона - вроде светового фотона, которая помогает понять механизм действия гравитации. До сих пор скорость, с которой действует сила тяжести, измерить никому не удавалось. Скорость электромагнитного взаимодействия мы можем измерить, а скорость гравитации - никак. По теории Ньютона, если бы Солнце внезапно исчезло из центра Солнечной системы, то Земля мгновенно скинула оковы гравитации и, как из пращи, устремилась прочь в далекий космос. По теории Эйнштейна при равенстве скорости света и скорости гравитации Земля оставалась бы на орбите еще в течение 500 секунд - ровно столько времени требуется свету и гравитации, чтобы преодолеть дистанцию от Солнца до Земли.

Во Вселенной с гравитонами число измерений больше, чем в привычном мире. Но эти 8 новых измерений свернуты в круг, и нырнуть в них очень сложно. По крайней мере, мы из своего убого трехмерного мира увидеть то, что происходит в богатом 11-мерном мире, никак не можем. Как тень не может увидеть своего хозяина. Но гравитация и гравитоны действуют напрямую именно через эти дополнительные измерения пространства. Что касается скорости гравитации, в теории суперструн гравитация через дополнительные и свернутые в круг измерения распространяется быстрее света, но принципы теории относительности при этом не нарушаются.

Спокойствия ради надо сказать, что по размерам эти дополнительные измерения мизерны. Только два, максимум три из них могут иметь подходящие для нас размеры.

Сергей Лесков. Соскочить в параллельный мир:
Открыта вселенная с десятью измерениями

Как уже писали "Известия-Наука", на последней сессии Американского астрономического общества российский физик Сергей Копейкин, работающий в университете Миссури, и американец Эдвард Фомалонт из Национальной радиоастрономической обсерватории доложили о результатах эксперимента, в котором впервые была измерена скорость распространения гравитации. Не успели еще не только остыть, даже разгореться споры по поводу этого сенсационного результата, как авторитетный астроном профессор Эрик Эдельберг из университета Вашингтона объявил, что и он созрел для эксперимента, который должен раскрыть одну из главных загадок мироздания.

По числу невероятных, опрокидывающих гармонию нашего устоявшегося мирка гипотез на первом месте в современной науке стоит космология, наука о строении Вселенной. Уже мудрый Эйнштейн рассматривал квантовую механику и теорию относительности как временное средство до той счастливой поры, когда ученые получат полное описание реальности. Одну из самых смелых попыток в этом направлении сделал американец Хью Эверетт, который попытался сложными математическими расчетами доказать, что каждое наблюдение является взаимодействием, которое меняет состояние и наблюдателя, и самого объекта . И потому при каждом измерении Вселенная разветвляется на ряд параллельных Вселенных. Весь мир - это каскад причинно-следственных цепочек, и не только будущее, но даже прошлое обладает вероятностью в зависимости от того, кто его изучает!

Одно из самых спорных построений Вселенной предлагает так называемая теория суперструн. В этой теории предсказывается существование невесомой гипотетической частицы гравитон (вроде светового фотона), которая и отвечает за силу тяжести. Во Вселенной, где живут гравитоны, число измерений больше, чем в привычном мире, а дополнительные измерения существуют в свернутом виде. Как говорит член-корреспондент РАН Алексей Старобинский, эти измерения искривлены в виде круга и потому в них так трудно "зайти". Словом, мы из своего трехмерного мирка не в состоянии увидеть всю прелесть этого многомерного мира, как силуэт с негатива не смог бы увидеть свой объект. Эксперимент Копейкина-Фомалонта показал, что гравитация распространяется со скоростью света, и нанес сокрушительный удар по теории суперструн. В этой теории гравитация через дополнительные измерения распространяется быстрее скорости света, не нарушая теорию относительности Эйнштейна.

Удар сильный, но, как выяснилось, не нокаутирующий. Профессор Эрик Эдельберг из Вашингтона решил испытать на прочность теорию суперструн. Необходимо отыскать пространство с 10-11 измерениями, для чего задуман хитроумный эксперимент с крутильными весами, которые могут измерять действие гравитации под различными углами к притяжению Земли.

- Сила притяжения, как известно из школьной формулы Ньютона, обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами, - говорит академик Виталий Гинзбург. - Но эта формула проверена лишь на больших расстояниях. Что происходит с гравитацией на расстояниях в доли миллиметра? Неизвестно. Может быть, там другие законы. Может быть, какое-нибудь пятое измерение появится. Удастся это проверить - тогда будет сделано важнейшее фундаментальное открытие современности.

Технически этот эксперимент очень сложен хотя бы потому, что на малых расстояниях доминируют электромагнитные силы, которые не дают проявиться иным взаимодействиям. В эксперименте Эдельберга диски крутильных весов (они подвешены на сверхтонкой проволоке из вольфрама) удалось сблизить на расстояние 100 микрон, но доказательств теории суперструн не найдено. Один из дисков вращается, что создает гравитационный эффект, а лазерный луч отслеживает угол вращения. В 2003 году группа Эдельберга поставила перед собой цель: сблизить диски до расстояния 10 микрон. Если гравитационное взаимодействие между дисками будет отличаться от предсказанного общепринятой теорией, теория суперструн справедлива. И да здравствуют параллельные миры ! А что в них - тут уж фантазия может расплескаться до горизонтов. Возможны версии от НЛО до полтергейста и чего только угодно...

- Крупнейший американский авторитет Клиффорд Уилл высказывает сомнения в корректности эксперимента Копейкина-Фомалонта, - говорит член-корреспондент РАН Алексей Старобинский, который, по общему мнению, сам является крупнейшим в нашей стране специалистом в данном вопросе. - Теоретическая часть, за которую отвечал бывший аспирант Государственного астрономического института имени Штернберга Сергей Копейкин, нареканий не вызывает, но наблюдения, проведенные американцем Фомалонтом, подвергаются критике. Но это ничего не меняет: скорость гравитации по всем построениям равна скорости света. Серьезные ученые в доказательстве этого факта не нуждались. А вот эксперимент по проверке теории суперструн очень важен. Справедливость законов притяжения Ньютона проверена в масштабах Вселенной до расстояний в сотни мегапарсек. Это расстояния, которые отделяют нас от самых удаленных галактик. Что происходит на маленьких расстояниях в десятки микрон, наука не знает. На таких расстояниях сила гравитации может быть обратно пропорциональна уже не квадрату, а кубу расстояния между телами. И тогда возможно, что к нашим привычным измерениям придется добавить еще семь. Одно-два из них могут иметь большие масштабы. Это очень интересно, но дальше я фантазировать не берусь...

Исследователи нашли "родину" пятого измерения

Гергей Габор Барнафёльди и его коллеги из Исследовательского института элементарных частиц и ядерной физики в Будапеште (Венгрия) считают, что другие измерения, кроме четырёх стандартных (три геометрические и время), можно наблюдать в областях повышенной силы притяжения вокруг крупных звёзд. Если их предположения подтвердятся, то эта теория сможет объяснить, откуда берутся загадочные частицы, исходящие из звёздной системы Лебедь X-3.

Некоторые теории струн предсказывают, что нас может окружать большое количество других измерений. В следующем году учёные намерены наблюдать их в Большом андронном коллайдере, который строится в Швейцарии. Команда Барнафёльди же заявляет, что увидеть, как эти измерения взаимодействуют с обычной материей, можно, наблюдая за космическими объектами. Они проанализировали данные, полученные в ходе наблюдений за двойной звёздной системы Лебедь X-3, в которой обычная звезда вращается вокруг космического тела, считающегося нейтронной звездой.

Объекты в Лебеде X3 подвержены влиянию огромной силы притяжения, которая как раз и необходима для наблюдения взаимодействия других измерений с материей. К тому же эта звёздная система является источником сверхвысокоэнергетических частиц, долетающих до Земли. Существование их долгое время ставило учёных в тупик, так как ни одна из известных частиц не сможет выдержать путь длиной в 37 тыс. световых лет. Некоторые астрофизики считали, что эти частицы могут происходить из кварковой звезды, в которую, как предполагается, превращается коллапсирующая нейтронная. Если в состав таких звёзд входят некие "особые" кварки, то именно они и могут излучать подобные долгоживущие элементарные частицы. Правда, если бы в составе такой звезды было бы такое количество "особых" кварков, то она бы стала чёрной дырой.

Согласно исследованиям Барнафёльди, стабильность таким объектам может придать пятое измерение, распространённое по всему пространству в виде небольших "колец". Во Вселенной это измерение не влияет на материю, но при такой силе притяжения, как в Лебеде X-3, оно заставляет обычные кварки вести себя как "особые". По словам Питера Левая, члена команды Барнафёльди, такие кварки должны двигаться по нашим измерениям медленнее, чем ожидалось, так как они проходят "кольца" пятого измерения, передает "Компьюлента".

Модель "мембранной вселенной " скрывает тайну пятого измерения

Американские ученые разработали математическую модель, которая, как ожидается, позволит астрономам экспериментально подтвердить пятимерную теорию гравитации, бросившую вызов общей теории относительности Эйнштейна.

Проф. Чарльз Китон (Charles R. Keeton) из университета Ратджерса и проф. Арли Петтерс (Arlie O. Petters) из университета Дьюка при создании своей модели использовали недавно разработанную теорию под названием "гравитационная модель мембранной Вселенной Рандалл-Сандрама типа II" (type II Randall-Sundrum braneworld gravity model). В основе теории лежит предположение о том, что видимая Вселенная представляет собой мембрану, расположенную в пределах большей по размерам Вселенной. "Мембранная Вселенная" имеет пять измерений – четыре пространственных и одно временное, в отличие от 4-мерной Вселенной, которую описывает общая теория относительности.

Проф. Китон и Петтерс предсказывают существование некоторых космологических явлений, которые могут подтвердить новую теорию мембранной Вселенной, сообщает ScienceDaily. Экспериментальные наблюдения за этими явлениями, по словам ученых, можно осуществлять при помощи космического зонда, запуск которого запланирован на следующий год.

"Если теория мембранной Вселенной подтвердится, это вызовет революционный переворот во всей современной науке, – комментирует свою работу проф. Петтерс. – Пятимерность Вселенной полностью меняет также и философское понимание мира, в котором мы живем".

Модель мембранной Вселенной, созданная Лайзой Рандалл (Lisa Randall) из Гарвардского университета и Раманом Сандрамом (Raman Sundrum) из университета Джонса Хопкинса содержит математическое описание гравитационного формирования Вселенной, которое существенно отличается от описания, предложенного общей теорией относительности. В основе новой теории лежит предположение, что малые черные дыры, образовавшиеся на ранних стадиях развития Вселенной, сохранились до настоящего времени. Черные дыры с массами, сравнимыми с массами небольших астероидов, вполне могут быть частью "темной материи Вселенной", которую можно обнаружить только по гравитационному полю. Общая теория относительности, с другой стороны, утверждает, что малые черные дыры ранней Вселенной "испарились" и более не существуют.

"Когда мы рассчитали, на каком расстоянии от Земли могут находиться малые черные дыры, оказалось, что самые близкие могут быть в пределах орбиты Плутона", – говорит проф. Китон. "Если предположить, что реликтовые черные дыры составляют хотя бы 1% темной материи в нашей Галактике, в Солнечной системе должно быть несколько тысяч таких черных дыр", – добавляет проф. Петтерс.

Таким образом, для подтверждения теории пятимерной Вселенной необходимо доказать, что микродыры действительно существуют. Ученые пришли к выводу, что обнаружить черные дыры можно по их воздействию на электромагнитное излучение, распространяющееся от других галактик по направлению к Земле. При прохождении излучения вблизи черной дыры возникает эффект, известный под названием "гравитационной фокусировки". Наибольшее влияние гравитационное поле оказывает на гамма-лучи, генерируемые при взрывах звезд. Вычисления ученых показали, что черные дыры будут оказывать на гамма-лучи примерно такое же воздействие, какое выступ скалы оказывает на волны, распространяющиеся по поверхности водоема. За скалой можно наблюдать так называемую интерференционную картину. Аналогичным образом по интерферограмме гамма-излучения вблизи черной дыры можно будет определить характеристики самой дыры и, как следствие, характеристики пространства и времени.

"Мы обнаружили, что признаки существования четвертого пространственного измерения обязательно должны присутствовать в интерференционной картине, – говорит проф. Петтерс. – Именно это дополнительное измерение приводит к тому, что расстояния между интерференционными полосами становятся более узкими по сравнению с результатами, полученными в рамках общей теории относительности". Получить интерферограммы можно будет при помощи космического гамма-телескопа Gamma-ray Large Area Space Telescope. Космический зонд, на котором он будет установлен, планируется запустить в августе 2007 года. В создании телескопа принимают участие NASA, Американское министерство энергетики, а также научные учреждения Франции, Германии, Японии, Италии и Швеции. Об этом сообщает CNews.ru.

www.xoc2012.narod.ru