Едно от нещата, които разделят истинската наука от псевдонауката, е че докато и в двете е позволено да се каже каквато и да е луда идея, истинската наука трябва да приеме тази идея сериозно и да я провери, смята Пол Сътър (Paul Sutter), космолог, съветник на НАСА и автор на поредица статии в Universe Today.
В случая той разглежда "една луда, шантава и потенциално прекрасна идея": "има ли Вселената допълнителни измерения?"
"Една луда, шантава и потенциално прекрасна идея", която трябва да се разгледа сериозно
За да се разбере дали тази идея наистина работи в реалния свят, в който се намираме, трябва да се направят три неща.
Първо, трябва да видим дали тази нова идея решава някакви актуални проблеми в науката или предлага ли ново прозрение? За да работи тази нова идея, тя трябва да ни помогне за по-добро разбиране на Вселената.
Второ, за да работи тази идея, тя трябва да се вписва в познатата физика. Това не означава, че не може да наруши нищо.
"Ако има нещо, което физиците обичат да правят, това е да счупят всичките си играчки. Но трябва да разберем КАКВО се чупи, КЪДЕ и ЗАЩО, за да разберем последиците от новата идея", казва Сътър.
Новата идея трябва да може тази нова идея да се използва за правене на прогнози, т.е. да върши нещо, което да може да се провери.
"Ще тестваме тази глупост, така че ни е нужно нещо, към което да сочи. Нещо, което да изследваме. Нещо, което да разглобим и да видим какво става вътре", пояснява Сътър.
Накрая, трябва да се проектира начин за осъществяне на тези тестове. Нужна ли е нова обсерватория или колайдер? Може ли да се използват стари, архивирани данни, или съществуваща система? Природата е върховният арбитър на новите идеи и те трябва да се подложат на изпитание.
Що се отнася до потенциално повече измерения във Вселената, са разгледани и трите аспекта. Но все още не може да се каже дали има големи допълнителни измерения, но това е така, защото това е наистина деликатен и труден проблем, и рядко в науката се получават ясни черно-бели отговори.
Калуза и Клайн
И идеята за допълнителни измерения се рее в популярното въображение още от 19-ти век, но физиците не се захващат с идеята до 1919 г., когато един човек на име Теодор Калуза решава да добави допълнително измерение към Общата теория на относителността.
Теорията на Калуза решава проблем с обединението. Той открива, че ако се добави допълнително пространствено измерение, може в един-единствен набор уравнения да се включат както гравитация, така и електромагнетизма. Това показва, че може да има по-дълбоки връзки между тези две коренно различни сили, което би довело до толкова много интересни разкрития, прозрения и технологични чудеса.
Седем години по-късно, през 1926 г., Оскар Клайн предлага идея къде би могло да се намира допълнителното измерение. Точно тук. Точно пред нас, но цялото е толкова плътно навито, че никога не го забелязваме.
За да работи това, допълнителното измерение трябва да е много малко, чак до мащаба на Планк, около 10-33 сантиметра. За да представим този мащаб, размерът на нашето тяло е по-близо до размера на цялата наблюдаема вселена, отколкото до мащаба на Планк.
Това е малко, твърде малко, за да го забележим в ежедневието си или дори в стандартната физика на високите енергии.
Няколко десетилетия теорията на Калуза-Клайн ще остане незабелязана, докато не се превърне в гръбнак на Теорията на струните, която впоследствие ще изисква не едно, не две, а 10 (или може би 11) компактни допълнителни измерения. Отново, всички тези измерения са свити около себе си в почти планков мащаб, така че няма надежда да се наблюдават директно.
Но тези свръхмалки, свръхсвити допълнителни измерения не са интересни. По-интересни са големите допълнителни измерения, които също не могат да бъдат твърде големи. В противен случай щяха да бъдат забелязани досега. Но може да са големи в сравнение с мащаба на Планк и може би тези големи допълнителни измерения могат ли да свършат някаква работа за физиците?
Проблемът с йерархията?
Проблемът, който големите допълнителни измерения биха могли да решат, се нарича проблем с йерархията и е един от най-нерешените проблеми в съвременната физика.
В какво се състои проблемът с йерархията?
Има четири сили на природата. Три от тях – електромагнетизмът, силното ядрено взаимодействие и слабото ядрено взаимодействие – са приблизително с еднаква сила. Всъщност те се различават с много порядъци. Но са някак си близки. А след това е гравитацията. Гравитацията е толкова слаба, че дори да се увеличи милиарда милиарди пъти и пак все още ще бъде най-слабата от силите. Всъщност ако силата на гравитацията се приеме за единица, то слабото, силното и електромагното взаимодействие ще се отнасят 1:1025:1036:1038.
Таблица на фундаменталните взаимодействия | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Фундаментални взаимодействия и сегашни теории за тях | Калибро-въчни Бозони | Частици, участващи във взаимодействието (примери) | Време (s) | Радиус (обхват) (м) | Относи-телна сила |
 Квантова хромодинамика (QCD) |  |
Кварки (адрони)  |
10-23 | 10-15 | 1038 |
 Квантова електродинамика (QED) |  |
Заредените частици  |
10-23 ÷1016 | ∞ | 1036 |
 Теория на електрослабите взаимодействия |  |
Всички частици |
10-12 | 10-18 | 1025 |
 Обща теория на относителността (ОТО) |  |
Всички частици |
∞ | ∞ | 1 |
|
Гравитонът е хипотетична елементарна частица, която не е включена в Стандартния модел, но ако съществува, би трябвало да бъде калибровъчна. Илюстрациите са от: ETH Zurich, Institute for Particle Physics, превод Наука ОFFNews |
|||||
Казано по друг начин: открито е колко несъответстващи са силите на природата една в сравнение с друга, а в средата на 20-ти век стана ясно, че при високи енергии може да обединят някои от тях.
При около 246 GeV, електромагнитните и слабите ядрени сили се комбинират в една единствена сила, наречена електрослаба сила. Това е количеството енергия, необходимо за привеждане на тези две сили в съответствие. Ако обаче трябва гравитацията да се присъедини към тях, тогава трябва да се стигне чак до енергията на Планк, която е десет хиляди трилиона пъти по-голяма.
Мащабът за обединяване на силното взаимодействие и GUT (Grand Unified Theory - теория на великото обединение, теоретична рамка, обединяваща три от четирите фундаментални сили – електромагнитната, слабата и силната), която не е много по-малка от скалата на Планк, но сега нека това да е задача за бъдещите поколения.
Интересна е разликата между слабото взаимодействие и гравитацията, защото се знае какво е отговорно за разделянето на електромагнитното и слабото взаимодействие и това е бозонът на Хигс.
Всичко това е заобиколен начин да се повтори, че гравитацията е много по-слаба, отколкото би трябвало да бъде.
Но как големите допълнителни измерения решават този проблем?
Ами ако гравитацията всъщност не бе толкова слаба? Или казано по друг начин, ами ако енергията на обединение в мащаба на Планк не е чак толкова висока? Ами ако те само ни изглеждат така от наша гледна точка?
Ами ако Вселената е нещо повече от просто вселена? Да речем, че това, което наричаме вселена, със своите звезди, галактики и всякакви подробности, и силите на природата, които ги управляват, съществува в обичайните ни три пространствени измерения?
Но какво ще стане, ако имаше друго измерение?
Естествено, не бихме го забелязали, защото всички "неща" на вселената са закрепени за нормалните три измерение. Представете си, че сме мравки на пода. Имаме всичко необходимо в две измерения: ароматни следи, парченца изпусната храна, колония, която да наречем свой дом. Цялото ни материално съществуване се съдържа в две измерения, затова няма как да го осъзнаем, нито начин да получим достъп до трето измерение.
Но може би гравитацията е различна. Може би гравитацията може да се разпространи в четвъртото измерение. Може би по някаква специална причина гравитационната сила се разпространява през всички измерения на Вселената, докато всичко останало е залепено за пода.
Това е луда идея и физиците обожават луди идеи и винаги ги приемат насериозно. Тази идея би обяснила защо гравитацията е толкова слаба. Тя се разрежда сред всички допълнителни измерения, така че само част от нея се простира в нашите нормални три (времевото измерение не влиза в тази сметка, разглеждат се пространствените измерения). По-голямата част от гравитацията се губи, прониквайки навън в скрити, недостъпни измерения.
Друг начин да се каже, е че може би енергийната скала на Планк е много по-нормална, отколкото изглежда. Но това е само мащабът в съвсем ЦЯЛАТА вселена, с всичките ѝ измерения. И за нас, тъй като виждаме и преживяваме само тънък напречен разрез на целия космос, мащабът на Планк изглежда толкова голям.
Защо гравитацията, а не другите сили? Първо, това е единственият начин, по който тази идея може да работи, защото ако другите сили също са имали допълнителни измерения, тогава буквално щяхме да ги видим досега. Но гравитацията е специална. Знаем, че гравитацията е реакция на пространство-времето на наличието на материя и енергия, и затова може би тя получава някакви суперсили, които я отличават от другите сили на природата.
И за колко точно измерения говорим?
Калуза и Клайн са подготвили почвата, въвеждайки едно допълнително измерение, след което привържениците на теорията на струните, въвеждат още много повече. Така че може би има само едно допълнително измерение. Или може би има дузина. Някога физиците може да измислят как да го проверят.
И колко големи са всъщност тези "големи" допълнителни измерения? Те не може да са достатъчно големи, за да не се видят в експериментите. Така че те трябва да са поне достатъчно малки, за да изплъзнат от откриването. За да се постави размерът на измерението в обхвата на следващото поколение ускорители на частици, те трябва да са с диаметър около една десета от милиметъра.
Една десета от милиметъра! Това не е много по-тънко от косата на главата ви! Да, това е мъничко, но е много, много по-голямо от мащаба на Планк. И единствената причина, поради която не сме забелязали това компактно, свито измерение, съществуващо навсякъде във Вселената в мащаба на милиметър, е че само гравитацията има възможност да го изпита.
Но тази луда идея се приема сериозно. Тя може да реши проблема на йерархията.
Видяхме как се свързва с останалата част от нашето разбиране за света. Сега трябва да се разбере как да може да се тества.
Източник:
Are there Hidden Dimensions to the Universe? Part 2: The Hierarchy Problem, Paul Sutter
Are there Hidden Dimensions to the Universe? Part 1: Kaluza and Klein, Paul Sutter
Още по темата
Физика
Квантова гравитация в пет измерения
Физика
Тъмната материя може да е резултат от фермиони, натикани в изкривено пето измерение
Физика
Форми от висши измерения и "позитивна геометрия" да помогнат за изграждането на "Теорията на всичко"?
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Последната теорема на Стивън Хокинг преобръща времето и причинността
Прост Човек
Разрязването на фотон на две създава безкраен рояк от частици
zlatkov
Учени сканират 74 милиона радиосигнала от междузвезден обект за признаци на извънземни технологии
Джендо Джедев
За срещата на Земята с Халеевата комета през 1910 г. някои са пили "противокометни хапчета"