Галина Железняк - Параллельные миры

Степени свободы этих новых двухмерных полей в определенном смысле играют роль недостающих пространственных размерностей и тем самым в пространствах меньшей размерности восстанавливают 26-мерность. Это если рассматривать так называемую простую, или бозонную, струну.

Есть и еще условия непротиворечивости струнной теории. Низшие гармоники отвечают частицам, не имеющим массы, и оказалось, что у бозонной струны самая низкая гармоника должна восприниматься как частица мнимой массы, названная тахионом. Эти частицы имеют дурную славу, потому что им полагается двигаться со скоростью, превышающей скорость света.

Появление тахионов в физической системе струны приводит к ее нестабильности, а точнее, тахионы очень быстро забирают из системы всю энергию и улетают неизвестно куда. Они сигнализируют, что система нестабильна и распадается на состояния, лишенные тахионов.

Таким образом, теория самых простых (бозонных) струн оказалась нестабильной и должна перестраиваться в более устойчивые образования.

Струны, находящиеся в суперпространстве, называются суперструнами. Чтобы понять, что это такое, надо уяснить смысл термина измерение.

Под измерением понимаются некие характеристики системы. Классический пример — кубики разных цветов. Цвет можно принять за дополнительное измерение к общеизвестным трем — высоте, длине и ширине.

Симметрия же — это инвариантность относительно некоторых преобразований. С повышением температуры системы уровень ее симметричности повышается. Иначе говоря, растет хаотичность, неупорядоченность и уменьшается число параметров, пригодных для описания этой системы. И таким образом, теряется информация, которая позволяет различить две любые точки внутри системы.

Например, на ранних этапах существования физическая Вселенная была очень горячей и в ней существовала симметрия. Но с понижением температуры (сейчас температура Вселенной около трех Кельвинов, а тогда измерялась миллиардами) симметричность нарушается.

Суперсимметричные системы могут жить только в так называемом суперпространстве. Оно получается из обычного пространства — времени с добавкой фермионных координат, и преобразования суперсимметрии в нем похожи на вращения и сдвиги, как в обычном пространстве. А живущие в суперпространстве частицы и поля представляются набором частиц и полей в обычном пространстве, но со строго фиксированным количественным соотношением бозонов и фермионов и их характеристик (спины и т. п.).

Входящие в такой набор частицы-поля называют суперпартнерами. Суперпартнеры «сглаживают» друг друга. Или, иными словами, струна в обычном пространстве, на мировом листе которой живет определенный набор фермионных полей, и есть суперсимметрия.

Суперсимметрия накладывает сильные ограничения на поведение суперструн, и в суперпространстве не могут возникнуть тахионы, поскольку из-за свойств суперпространства у него не может быть суперпартнера. Размерность такого пространства равна 10. Причем фермионы населяют мировой лист суперструны уже в выделенной 10-размерности и именно их присутствие делает струну суперсимметричной.

В 10-мерном пространстве на достаточном расстоянии от струны возникает суперсимметричный вариант гравитации, названный супергравитацией. И оказалось, что супергравитация возможна только при условии, что размерности пространства — времени находятся в пределах от 2 до 11.

Изменение размерности пространства

Для этого, например, нужно рассматривать не плоское пространство, а пространство, превращенное в цилиндр, т. е. считать одно из измерений свернутым в кольцо. Скрутив в тонкую трубку лист бумаги, можно представить, что перед вами не плоскость, каковой был лист, а линия — одномерное пространство. И если смотреть внимательно, то станет понятно, что это не линия, а именно трубка.

Но пусть по этому листу бумаги движутся какие-то частицы. Пока лист не скручен или радиус скрученного листа не слишком мал, эти частицы движутся во всех направлениях. По мере того как радиус цилиндра уменьшается, частица движется вокруг трубки все быстрее и быстрее и в то же время движение вдоль трубки происходит без изменения, как и раньше, на плоском листе.

А теперь пусть движение по окружности занимает очень мало времени. В такой ситуации мы просто не можем заметить, что частица движется в этом направлении — нам кажется, что она может двигаться только вдоль «плоского» направления, вдоль трубки. Таким образом, двухмерное пространство свелось к одномерному.