Мы живём в одномерном пространстве

Чёрные дыры повсюду! (Иллюстрация НАСА.)

Сразу несколько теорий квантовой гравитации предсказывают, что на квантовом уровне частицы и поля ведут себя так, словно находятся в одномерном пространстве. Сотрудник Калифорнийского университета в Дэвисе (США) Стивен Карлип предложил новое объяснение этому феномену.

Исчезающие измерения впервые попали в поле зрения науки в 2005 году в ходе компьютерного моделирования только что выдуманной казуальной динамической триангуляции, проведённого группой Ренаты Лолл из Утрехтского университета (Нидерланды). Голландские учёные изучали спектральную размерность — параметр, описывающий разбегание полей и частиц от заданной точки, то есть своего рода квантовую диффузию. К своему удивлению, г-жа Лолл обнаружила, что этот процесс протекает намного быстрее в масштабе 10–35 м, эквиваленте длины Планка, определяющей расстояние, на котором эффекты квантовой гравитации становятся значительными.

Это можно объяснить тем, что частицы движутся только в одном пространственном измерении. Ибо чем меньше измерений доступно, тем меньше возможных направлений и меньше время, затрачиваемое на удаление от исходной позиции.

Поначалу казалось, что в этом нет никакого смысла, но теперь, отмечает Стивен Карлип, редукция измерений возникает то здесь, то там — например, в анализе ренормализации групп и в теории Петра Хоржавы из Калифорнийского университета в Беркли (США), которая ставит под сомнение выводы общей теории относительности (ОТО).

Для объяснения этого явления г-н Карлип обращается к идее квантовой пены, выдвинутой в 1950-х годах Джоном Уилером, который предположил, что квантовые флуктуации меняют геометрию пространства-времени, делая его неустойчивым и негомогенным в малых масштабах. Карлип идёт дальше и представляет, что эта пена ведёт себя аналогичным образом в пространстве-времени близ гравитационной сингулярности. Согласно ОТО, в этой области чрезвычайно сильная гравитация искривляет пространство-время таким образом, что, скажем, фотон, вышедший из одной точки, будет добираться до другой бесконечно долго. Иными словами, соседние участки пространства-времени начинают расширяться и сужаться независимо друг от друга.

Карлип предполагает, что в малых масштабах квантовой гравитации может происходить аналогичное явление. В результате в определённый момент пространство расширяется и сужается в каком-то одном направлении больше, чем в другом. Выходит, что на очень коротких расстояниях и в течение очень короткого промежутка времени движение частицы определяется лишь одним измерением. К счастью, измерения-фавориты постоянно меняются, что и позволяет нам видеть пространство трёхмерным.

Получается, что квантовая пена состоит из микроскопических чёрных дыр?

«Плодотворная теория, — соглашается г-жа Лолл. — Но ей ещё предстоит ответить на несколько весьма трудных вопросов».

В прошлом году орбитальный телескоп НАСА «Ферми» предоставил предварительные свидетельства в пользу того, что скорость электромагнитного излучения не зависит от его частоты, так что гипотеза квантовой пены пока не нашла подтверждения.

По материалам Compulenta.ru