Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности

8. Как и в предыдущих главах под 'наблюдаемой вселенной' я подразумеваю часть вселенной, с которой мы могли бы, по меньшей мере, в принципе, иметь сообщение в течение времени с момента Большого взрыва. Во вселенной, которая бесконечна в пространственном протяжении, как обсуждалось в Главе 8, все пространство не сжимается в точку в момент Взрыва. Определенно, все в наблюдаемой части вселенной будет сжиматься во все меньшее пространство, когда мы направляемся назад к началу, но, хотя это тяжело нарисовать, имеются вещи – бесконечно далеко удаленные – которые всегда будут оставаться отделенными от нас, даже когда плотность материи и энергии возрастает все выше.

9. Леонард Сасскайнд в 'Элегантной вселенной', NOVA, трехчасовые серии Государственной службы радиовещания (PBS), впервые вышло в эфир 28 октября и 4 ноября 2003 (запись можно посмотреть здесь: http://www.pbs.org/wgbh/nova/transcripts/3012_elegant.html ).

10. На самом деле сложность проведения экспериментального тестирования для теории суперструн представляет собой ключевое препятствие, одно из тех, что существенно затрудняет подтверждение теории. Однако, как мы увидим в последних главах, в этом направлении был сделан немалый прогресс; струнные теоретики сильно надеются, что планируемые ускорители и эксперименты в открытом космосе обеспечат, по меньшей мере, подробные подтверждения в поддержку теории, а при удаче, может быть, даже больше.

11. Хотя я не касался этого явно в тексте, замечу, что каждая известная частица имеет античастицу – частицу с той же массой, но с противоположным силовым зарядом (вроде противоположного знака электрического заряда). Античастица электрона есть позитрон; античастица up-кварка есть, не удивительно, анти-up-кварк и так далее.

12. Как мы увидим в Главе 13, недавние работы по теории струн наводят на мысль, что струны могут быть намного больше планковской длины, и это дает множество критических последствий, – включая возможность сделать теорию экспериментально проверяемой.

13. Существование атомов сначала доказывалось косвенными путями (как объяснение особых пропорций, в которых различные химические вещества могут соединяться, а позже через броуновское движение); существование первых черных дыр было подтверждено (к удовлетворению многих физиков) через наблюдение их влияния на газ, который падает на них с расположенных рядом звезд, а не через 'наблюдение' их непосредственно.

14. Поскольку даже тихо колеблющаяся струна имеет некоторое количество энергии, вы можете поинтересоваться, как это возможно для колебательной моды струны давать безмассовую частицу. Ответ, еще раз, дается квантовой неопределенностью. Не имеет значения, насколько спокойна струна, квантовая неопределенность означает, что она имеет минимальное количество дрожаний и скачков. И через чудеса квантовой механики эти индуцированные неопределенностью скачки имеют отрицательную энергию. Когда это объединяется с положительной энергией от самых мягких из обычных колебаний струны, полная масса/энергия равна нулю.

15. Для склонного к математике читателя наиболее точное утверждение в том, что квадраты масс колебательных мод струны задаются целыми количествами квадратов планковской массы. Еще более точно (и в соответствии с недавними разработками, затронутыми в Главе 13) квадраты этих масс являются целыми количествами струнных масштабов (которые пропорциональны обратному квадрату длины струны). В общепринятой формулировке теории струн струнный масштаб и планковская масса связаны, почему я и применил упрощение в главном тексте и ввел только планковскую массу. Однако, в Главе 13 мы рассмотрим ситуации, в которых струнный масштаб может отличаться от планковской массы.

16. Не слишком трудно понять в грубых терминах, как планковская длина вкралась в анализ Кляйна. ОТО и квантовая механика привлекают три фундаментальных константы природы: с (скорость света), G (базовая константа гравитационного взаимодействия) и h (постоянная Планка, описывающая размер квантовых эффектов). Эти три константы могут быть объединены, чтобы произвести величину с размерностью длины: (hG/c³)^1/2, которая, по определению, является планковской длиной. После подстановки численных значений трех констант находим планковскую длину около 1,616 х 10^{– 33} сантиметра. Таким образом, исключая случай безразмерного множителя с величиной, существенно отличающейся от того, что я должен получить из теории, – нечто, что не часто происходит в простой, хорошо сформулированной физической теории, – мы ожидаем, что планковская длина будет характеристикой размера длины, такой как длина свернутого пространственного измерения. Тем не менее, заметим, что это не исключает возможности, что размерности могут быть больше планковской длины, и в Главе 13 мы увидим интересную недавнюю работу, которая энергично исследовала эту возможность.

17. Присоединение частицы с электрическим зарядом и с относительно маленькой массой оказывается труднопредодолимой проблемой.

18. Заметим, что требование однородной симметрии, которое мы использовали в Главе 8, чтобы сузить количество форм вселенной, мотивируется астрономическими наблюдениями (такими как наблюдения микроволнового фонового излучения) внутри трех больших измерений. Эти симметрийные ограничения не влияют на форму возможных шести мельчайших дополнительных измерений.

19. Вы можете поинтересоваться, возможны ли не только дополнительные пространственные измерения, но также и дополнительные временные измерения. Исследователи (такие как Ицхак Барс из Университета Южной Калифорнии) исследовали эту возможность и показали, что, по меньшей мере, возможно сформулировать теорию со вторым временным измерением, которая кажется физически обоснованной. Но является ли это второе временное измерение реальным на пару с обычным временным измерением, или это только математический трюк, никогда полностью не устанавливалось; общее ощущение скорее в пользу второго, чем первого. По контрасту с этим, прямое прочтение теории струн говорит, что дополнительные пространственные измерения являются во всех отношениях столь же реальными, как и три, которые мы знаем.

20. Эксперты по струнной теории (и те, кто прочитал Элегантную вселенную, Глава 12) распознают, что более точное утверждение заключается в том, что определенные формулировки теории струн (обсужденные в Главе 13 этой книги) допускают пределы, содержащие одиннадцать