Двоє американських фізиків з'ясували, що спостереження гравітаційних хвиль можна використовувати для перевірки моделей з «зникаючими» вимірами.

Припущення про скорочення числа просторових вимірів в межі високих енергій (малому масштабі довжин) здається фантастичним, однак воно, як показують розрахунки, може спростити рішення деяких проблем теоретичної фізики. Своє логічне продовження ця концепція знаходить, наприклад, в моделі Двалі – Габададзе – Порраті, яка описує механізм появи додаткового виміру у великому масштабі довжини.

У минулому році група вчених із США і Великобританії представила теоретичну конструкцію, що поєднує згадані ідеї. Передбачається, що фундаментально (1 + 1)-мірний простір-час «організовано» у відповідності з чотирма масштабами довжин (і відповідними масштабами енергій) L1 <L2 <L3 <L4, кожен з яких додає один вимір до вже наявних. Звичний для нас чотиривимірний вигляд воно, таким чином, приймає в інтервалі L3-L4.

Структура простору-часу з «зникаючими» вимірами. Фундаментальний крок квантування позначений як L1. У масштабах, помітно поступаються L2, простір буде одновимірним, а в масштабах, що перевершують L3, – тривимірним. Потім воно стане чотиривимірним, але на малюнку це зі зрозумілих причин не відображено. (Ілюстрація з журналу Physical Review Letters.)

Цікаво, що свідчення на користь «зникнення» вимірювань в тераелектронвольтовом масштабі вже, можливо, були виявлені при дослідженні високоенергетичних космічних променів (див. статтю російського фізика Рауфа Мухамедшин, опубліковану в Journal of High Energy Physics в 2005 році, і звіт про аналогічні експериментах, проведених його колегами з Європи). Деякі фахівці розраховують на те, що ефекти зменшення розмірності проявляться в дослідах на Великому адронному коллайдері.

Новий спосіб пошуку за допомогою гравітаційних хвиль відрізняється простотою і надійністю: він, на відміну від коллайдерних експериментів, повинен давати чітку і однозначно потрактований результат.

Метод заснований на припущенні про те, що умови, що встановилися відразу після Великого вибуху, допускали скорочення вимірювань. В (2 + 1)-мірною Всесвіту гравітаційних хвиль (і гравітонів), пояснюють автори, бути просто не може, а отже, спектр частот «давніх» хвиль повинен бути обмежений зверху. Досить чутливий детектор зуміє виділити якусь граничну частоту, що й буде служити доказом «зникнення» одного виміру.

Її значення пов'язане з обраним масштабом переходу від трьох вимірів до звичних чотирьом. Зробивши кілька припущень, америкаци оцінили граничну частоту в 10-4 Гц; така величина потрапляє в діапазон чутливості планованого експерименту LISA.

Оптимізм фізиків, що опублікували свою роботу в журналі Physical Review Letters, поділяють далеко не всі: вже зараз на сайті arXiv можна знайти короткий критичний коментар до їх статті. На думку його авторів, модель квантової гравітації, яка в межі високих енергій вироджується в (2 + 1)-мірну теорію, зовсім не зобов'язана бути схожим на (2 + 1)-мірну загальну теорію відносності (ЗТВ). Більше того, складно уявити собі таку теорію, яка виконує цю умову і задовольняє основній вимозі – сходиться з 4-мірною ОТО при низьких енергіях. Звідси випливає, що міститься в оригінальній статті твердження «в (2 + 1)-мірною Всесвіту немає локальних гравітаційних ступенів свободи», вірне в разі ОТО, не можна автоматично поширювати на моделі квантової гравітації, а поява граничної частоти гравітаційних хвиль не можна вважати абсолютно універсальним ознакою «зникнення» вимірів.

Варто також сказати про те, що НАСА, яке має серйозні проблеми з фінансуванням, згортає роботи за проектом LISA. Тепер дорогим космічним детектором гравітаційних хвиль буде займатися тільки Європейське космічне агентство, а це явно негативно позначиться на характеристиках і терміни запуску LISA.

За матеріалами: Університету штату Нью-Йорк у Буффало

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?