Поиск исчезающих измерений
Недавно выдвинутая американскими учеными теория решает некоторые проблемы космологии и физики элементарных частиц, предполагая, что ранняя Вселенная имела менее чем три размерности, которые мы видим сейчас. В опубликованной статье исследователи предложили специфический эксперимент для проверки теории при помощи LISA, проектируемой космической обсерватории, которая в будущем позволит наблюдать гравитационные волны. Теоретики уверены: гравитационные волны не могут существовать более чем в трех измерениях, поэтому на определенных частотах (отвечающих за «старые» волны) LISA не зафиксирует никакого возмущения пространства. Некоторые исследователи, однако, полагают, что космические лучи уже показали наличие таких «исчезнувших размерностей» на высоких энергиях в рамках других экспериментов.
Гипотеза исчезающих размерностей предполагает, что при высоких энергиях и температурах три знакомые нам размерности пространства сокращаются до двух или даже до одной. Посему, в горячей ранней Вселенной могло быть меньше измерений, чем мы видим сейчас. Дополнительные размерности «появлялись» по мере охлаждения одна за другой. Кроме того, теория предполагает, что наше пространство на самом деле имеет четыре измерения, но зафиксировать мы можем только три из них. Четвертое измерение в рамках теории объясняет дополнительную энергию, связанную с расширением Вселенной. Эта энергия могла бы объяснить ускорение расширения, открытое в 1998 году, которое обычно объясняется при помощи мистической «темной энергии», проникающей во Вселенную. Также теория помогает разрешить несколько противоречий в физике элементарных частиц.
Возможно, доказательства существования таких «исчезающих измерений» уже были зафиксированы в космических лучах при измерениях в земной атмосфере. В 2005 году повторный анализ собранных данных показал, что направления пучков частиц, порождаемых самыми высокоэнергетическими космическими лучами, формировали плоскость гораздо лучше, чем можно было ожидать на основе расчетов. Не особо доверяя ранним экспериментам, некоторые исследователи планировали использовать для поиска исчезающих размерностей Большой Адронный Коллайдер (Large Hadron Collider, БАК). Если размерность действительно исчезает при высоких энергиях, частицы, порожденные столкновением, будут лежать на двумерной плоскости, а не в трехмерном пространстве.
Однако интерпретировать результаты эксперимента на коллайдере будет крайне сложно, т.к. разные модели имеют различные предсказания. Поэтому группа ученых из Loyola Marymount University (США) занялась поискам более определенного теста. Для своей работы они выбрали гравитационные волны – колебания в пространстве-времени, вызванные крупномасштабными событиями в космосе. Известно, что гравитационные волны не могут существовать менее чем в трех пространственных измерениях.
Идея ученых состоит в том, что при детектировании гравитационных волн самая высокая их частота будет соответствовать наиболее высокой энергии в самые ранние времена существования Вселенной. Таким образом, если теория верна, должна существовать максимальная частота наблюдаемых волн. Более высокие частоты просто не могут существовать, т.к. они должны были бы «прибыть» из эры, где у Вселенной было меньше измерений. Согласно приблизительным математическим расчетам, максимальная частота должна быть на уровне 10-4 Гц. Этот диапазон вполне доступен для проектируемой космической обсерватории LISA (Laser Interferometer Space Antenna), которая будет запущена в скором времени, как результат совместного проекта NASA и Европейского Космического Агентства. Подробные результаты работы приведены в статье в журнале Physical Review Letters.
