Галина Железняк - Параллельные миры

В действительности движение по измерениям, закрученным в кольцо, не удается заметить из-за принципа неопределенности. Чем меньше размеры, в которые надо втиснуть частицу, тем больше для этого надо энергии, и как только измерения сворачиваются в маленькие окружности, энергии становится недостаточно для того, чтобы заставить частицу двигаться по этой окружности. Таким образом, это измерение как бы исчезает.

Мы знаем, что частицы в микромире — это кванты соответствующих полей, и последовательное описание взаимодействий осуществляется на языке полей. Поля могут иметь сотни различных компонент, и, как правило, их тем больше, чем выше размерность пространства — времени.

Компоненты — это как бы отдельные поля, но они все собраны в единую структуру и не обладают без нее полной самостоятельностью. Например, электромагнитное поле в четырехмерном пространстве имеет четыре компоненты. Две из них ненаблюдаемы, а остальные две соответствуют двум направлениям поляризации фотона.

Теперь если представить, что поле живет в пространстве, одно или несколько измерений которого свернуты в маленькие окружности (или просто свернуты), получается эффективное пространство меньшей размерности. В этом случае полю требуется преобразовать себя так, чтобы число компонент уменьшилось до количества, которое ожидается от него в таком пространстве.

Лишние компоненты поля при этом оказываются полностью независимыми, самостоятельными и выступают в пространстве меньшей размерности как новые поля.

Осколки единого поля в теории Калуцы — Клейна

Идея теории Калуцы — Клейна состоит в том, что некоторые наборы вроде бы никак не связанных полей в четырехмерном пространстве могут оказаться осколками единого поля в пространстве более высокой размерности. Десятимерие и одиннадцатимерие для этого прекрасно подходят, так как у живущих там полей достаточно компонент, чтобы упаковать в них все имеющиеся в четырехмерии поля.

От наблюдаемых при доступных малых энергиях (в ускорителях) свойств элементарных частиц ученые экстраполируют эти свойства на очень высокие энергии, недоступные пока в ускорителях, но существенные для струнного описания.

Теоретически мы можем рассчитать поведение какой-либо системы на долгое будущее, но вот практически это можно сделать лишь в некотором приближении. Для наиболее точного вычисления была создана теория возмущений, т. е. сначала рассчитывается в приближении, а потом вносятся поправки.

Но есть ситуации, где теория возмущений неприменима, например когда надо рассчитать движение в системе тройной звезды, если массы звезд примерно одинаковые. Подобные ситуации называют сильной связью, и такие задачи можно либо решить точно, либо они вообще не решаются.

Проблема сильной связи есть и в теории суперструн. Струны могут делать то, что недоступно частицам. При наличии хотя бы одного скрученного измерения они могут наматываться на него, обернувшись один или несколько раз. А с точки зрения наблюдателя это выглядит как появление некоторых новых частиц.

При определенных соотношениях между радиусом свернутого измерения и количеством оборотов струны такие (новые) частицы становятся легкими и их можно сравнить с теми безмассовыми частицами, которые ожидались с самого начала как соответствующие низшим гармоникам колебаний струны.

В итоге получается, что при слабом взаимодействии между струнами, в рамках стандартной теории возмущений, струна рождает частицы определенного типа, реализующие определенные симметрии, в частности суперсимметрию. В другом диапазоне струна может порождать другие частицы.

Но, кроме того, каждый из пяти типов суперструн (пять теоретических разработок) способен порождать наборы частиц, которые выглядят как соответствующие колебания суперструны другого типа. Это происходит в области сильной связи. Например, струна первого типа умеет в области сильной связи имитировать струну второго типа и наоборот.

Обнаружив это, ученые сделали вывод, что имеющиеся описания суперструн — все пять теорий — являются «подтеориями», частью одной более общей теории, которая уже становится не только теорией суперструн. Причем она выглядит как теория суперструн только в области слабой связи, а в области сильной связи она может обнаружить совершенно новые возможности.

Такую, более общую, теорию назвали М-теорией, от слова Mystery. Это именно та теория, различные фазы которой может описывать каждая из пяти теорий суперструн из десятимерия.