Когда кто-то говорит «другие измерения», чаще всего думаешь о таких вещах, как параллельные Вселенные, — альтернативные реальности, существующие параллельно нашей, в которых мир устроен несколько или совсем иначе. Однако реальность измерений и роль в устройстве Вселенной сильно отличаются от такого популярного понимания.
В двух словах: измерения — это разные грани того, что мы воспринимаем как реальность. Мы прекрасно осведомлены о трех пространственных измерениях, с которыми сталкиваемся и в которых живем каждый день. Они определяют длину, высоту и глубину всех объектов во Вселенной (и соответствуют осям координат x, y, z).
Однако некоторые ученые считают, что, помимо трех видимых измерений, могут существовать и другие. Согласно основам теории струн, Вселенная существует в десяти разных измерениях. Недавно мы публиковали материал о том, каким образом эти дополнительные, не воспринимаемые нами измерения могут быть скручены, компактифицированы, — его можно прочитать по этой ссылке. Таким образом, эти разные аспекты определяют фундаментальные силы природы и все элементарные частицы во Вселенной.
Начнем по порядку. Первое измерение, как мы уже отметили, определяет длину (ось x). Одномерный объект удобно описать прямой линией, существующей только в рамках понятия длины и не имеющей других отличительных черт. Если добавить к нему второе измерение — ось y, или высоту, — получится двумерный объект (например, квадрат).
Круги представляют дополнительное пространственные измерения, свернутые в каждой точке известного нам трехмерного пространства / © WGBH/NOVA
Третье измерение характеризует глубину (ось z) — оно придает всем объектам понятие площади и поперечного сечения. Идеальным примером будет куб: он существует в трех измерениях — у него есть длина, высота и глубина, а значит, и объем.
Четвертым измерением считается время, и это уже можно назвать классическим, общепринятым его пониманием. Это неотделимая часть пространственно-временного континуума. Оно определяет свойства всей известной материи в любой момент времени. Наряду с тремя другими измерениями, чтобы определить положение объекта во Вселенной, необходимо знать его позицию во времени. Итак, эти четыре измерения определяют нашу реальность — Вселенную, к которой мы привыкли и которую в той или иной мере понимаем.
Помимо вышеописанных измерений, существуют еще семь, которые не так явны, но все еще могут восприниматься по прямому воздействию на Вселенную и реальность, какой мы ее знаем. Другие, дополнительные измерения связаны с более глубокими возможностями. Физики сталкиваются с серьезными вопросами, пытаясь объяснить их взаимодействия с четырьмя «основными» измерениями.
Хронология расширения Вселенной, начиная с Большого взрыва. Согласно теории струн, это всего лишь один из многих возможных миров / © NASA
Согласно теории суперструн, в пятом и шестом измерениях возникает понятие возможных миров. Если бы мы могли воспринимать пятое измерение, то увидели бы мир, несколько отличающийся от привычного нам. Мы бы смогли измерить сходство и различия между возможными мирами и нашим.
В шестом измерении мы бы увидели плоскость возможных миров, где могли бы сравнить и определить расположение всех возможных вселенных, начавшихся при тех же самых условиях, что и наша (то есть Большой взрыв). Теоретически если бы нам удалось овладеть пятым и шестым измерениями, можно было бы перемещаться в прошлое или в разные вариации будущего.
В седьмом измерении у нас бы появился доступ к возможным мирам, которые зародились при иных изначальных условиях. Тогда как в пятом и шестом измерениях изначальные условия были теми же, а последствия отличались, в этом измерении все иное с самого начала времен. Восьмое измерение также открывает доступ к плоскости таких возможных вселенных, каждая из которых началась при отличных условиях. Эти вселенные ветвятся бесконечно, из-за чего их и называют бесконечностями.
В девятом измерении у нас появляется возможность сравнивать истории всех возможных вселенных, зародившихся при всех возможных законах физики и изначальных условиях. Наконец, в десятом измерении мы оказываемся в точке, где открыто все возможное и вообразимое. Сверх этого такие ограниченные существа, как мы, ничего вообразить не в состоянии, что делает это измерение естественным ограничением того, что мы можем постичь в этом плане.
Шестимерные многообразия Калаби — Яу могут содержать в себе дополнительные измерения, предсказываемые теорией суперструн / © WGBH/NOVA
Существование этих дополнительных шести измерений, которые мы не можем воспринять, необходимо для теории струн: они естественным образом вытекают из математических расчетов и моделей теории, а значит, описывают Вселенную в рамках этой теории. Тот факт, что мы воспринимаем только четыре измерения пространства-времени, можно объяснить одним из двух механизмов: либо дополнительные измерения компактифицированы в очень малых масштабах, либо мы живем в трехмерном подмногообразии — своего рода бране, ограничивающем все известные частицы, не считая гравитацию (теория бран).
Если дополнительные измерения действительно компактифицированы, они должны существовать в виде так называемых многообразий Калаби — Яу. Несмотря на то что они недоступны для восприятия нашими органами чувств, в таком случае они определяли бы образование Вселенной с самого начала. Именно поэтому ученые считают, что взгляд в прошлое при помощи телескопов и наблюдения света из ранней Вселенной, вероятно, поможет им увидеть, как существование этих дополнительных измерений могло повлиять на эволюцию космоса.
Будучи одним из кандидатов в теорию всего, рассуждая о том, что Вселенная состоит из десяти измерений (или больше — в зависимости от того, о какой именно теории идет речь), теория струн пытается примирить Стандартную модель физики частиц с Общей теорией относительности (теорией гравитации). По сути, это попытка объяснить и описать, как взаимодействуют все известные силы Вселенной и как могут быть устроены другие возможные вселенные.