И вот Калуца обратил на это внимание.
В 20-х годах прошлого века был ещё ряд работ на эту тему, разные физики об этом писали, и, по-видимому, идея имела даже широкий общественный резонанс, потому что, если помните, в романе Булгакова «Мастер и Маргарита» бал Воланда проходил именно в дополнительном измерении. Как московская квартира могла всё это вместить, не представляет труда понять тому, кто хорошо знаком с теорией пятого измерения. По-видимому, это волновало умы людей уже и в то время.
Ещё одна интересная работа была тоже в 20-х годах, тоже посвящённая теории Калуцы - работа Оскара Клейна. В этой работе он впервые попытался объединить принципы квантовой механики с гипотезой о существовании дополнительного измерения. Он пришёл к интересному выводу, что если существует дополнительное измерение, то зависимость волновой функции от координаты дополнительного измерения должна определяться массами частиц. В общем, это правильный вывод, который позже подтвердился, но не в такой форме, как предполагал этой Клейн.
Но в 20-е годы так и не смогли решить проблему, почему же это дополнительное измерение не наблюдаемо, то есть если есть дополнительные измерения, то почему же мы…
А.Г. Продолжаем жить в четырехмерном?
И.В. Продолжаем жить в четырех измерениях, а не расширяем наш мир, или наши квартиры, совершенно безгранично в это пятое измерение.
Э.Б. Как у фантастов это было широко принято.
И.В. Как у писателей-фантастов, да. Так вот ответ на этот вопрос дал опять же Эйнштейн. Вы знаете, что в 30-х годах Эйнштейн работал над единой теорией поля. Он пытался создать единую теорию поля разными способами, у него были разные подходы, и в какой-то момент он обратился к гипотезе Калуцы, которую он, конечно же, отлично знал, и тоже попытался объединить гравитацию с электромагнетизмом - также, как делал это Калуца.
Но он обратил внимание на очевидную проблему: что же делать с ненаблюдаемостью пятого измерения? И вот в 1938-м году Эйнштейн вместе с Бергманом написал работу, в которой фактически предложил идею, определившую развитие теории с дополнительными измерениями на многие годы вперёд. А именно они предположили, что дополнительное измерение ненаблюдаемо потому, что свёрнуто в окружность и имеет очень маленькие размеры. Поэтому для таких макроскопических существ, какими мы с вами являемся, оно ненаблюдаемо. Но микрочастицы, которые в нашем представлении являются точками, могут двигаться в этом дополнительном измерении, и это движение будет каким-то образом проявляться в нашем мире. Вот гипотеза Эйнштейна и Бергмана.
Они продолжили изучение этой теории, и в 1941-м году написали работу, в которой сказали, что, к сожалению, эта гипотеза не работает, что та теория, которую они получают, хотя там есть вектор-потенциал, и вроде бы всё похоже на электромагнетизм, но это не электромагнетизм, потому что взаимодействие с зарядами не такое, как должно быть в электродинамике. То есть Эйнштейн и Бергман пришли к выводу, что это в действительности не есть объединённая теория гравитации и электромагнетизма.
И сейчас мы можем очень легко понять, зная Стандартную Модель, что в общем-то, и невозможно было объединить гравитацию с электромагнетизмом, потому что, как мы уже говорили, сначала нужно объединить электромагнетизм со слабыми взаимодействиями, а потом уже нужно думать как объединять это с гравитацией. И после 1941-го года Эйнштейн оставил это направление, и, в общем-то, фактически к нему долго не проявляли интереса.
Возрождение интереса произошло в 70-х годах, когда уже была модель Вайнберга-Салама (составная часть Стандартной Модели, описывающая электрослабые взаимодействия) и появились так называемые неабелевы калибровочные поля. Гравитация - это неабелево калибровочное поле. Абелево калибровочное поле - это поле, которое не переносит заряда. А вот неабелевы калибровочные поля - это поля, которые сами переносят заряд, и поэтому могут сами с собой взаимодействовать. Например, фотоны сами с собой непосредственно не взаимодействуют, а вот неабеливы калибровочные поля, поскольку они сами обладают тем зарядом, который переносят, они взаимодействуют сами с собой. Так вот, оказалось, что из многомерной метрики можно получить и неабелевы калибровочные поля. Замечательная идея - теперь таким образом попытались строить Стандартную Модель, но тоже быстро убедились, что те поля, которые получаются из многомерной гравитации - это совершенно «не те» поля. То есть то, к чему пришёл Эйнштейн, было переоткрыто в 70-х годах.
А.Г. То есть было справедливо уже для трех взаимодействий?
И.В. Да, это то же самое. То есть причина была не в том, что нужно сначала было объединить электромагнетизм со слабым взаимодействием, причины, в действительности, были более глубокие. То есть многомерная гравитация она и остаётся гравитацией, а слабые и электромагнитные взаимодействия нужно получать каким-то другим образом.
И вот в это же время заметили, что если попытаться динамически объяснить, почему дополнительные измерения таким образом свёрнуты, как это предположил Эйнштейн, то есть попытаться решить уравнение Эйнштейна в многомерном пространстве, и получить решение, в котором есть четыре некомпактных измерения и ещё какое-то количество компактных дополнительных измерений, - так вот оказалось, что если это чистая гравитация, то такие решения, компактифицирующие решения, практически получить невозможно, за исключением каких-то простейших случаев.
Поэтому, чтобы решить эту проблему, стали рассматривать многомерные теории по-другому. А именно помимо гравитации в многомерном пространстве стали рассматривать другие поля - калибровочные поля (поля - переносчики взаимодействия), фермионные поля. И оказалось, что получались замечательные теории. Если попытаться интерпретировать эту теорию с точки зрения четырехмерного наблюдателя, а такая интерпретация с точки зрения четырехмерного наблюдателя получила название размерной редукции, то оказалось, что вроде бы некоторые проблемы Стандартной Модели решаются.
Вот, например, мы говорили о том, откуда в Стандартной Модели берётся скалярное поле Хиггса, оно, вроде бы, неестественное. Так вот оказывается, что если у нас в многомерной теории есть только калибровочное поле, то в 4-х-мерной теории, к которой приводит размерная редукция, сразу же появятся скалярные поля. То есть не нужно в 4-х-мерной теории эти скаляры закладывать руками, они сами спустятся из дополнительных измерений. То есть замечательные вроде бы результаты. Потом сразу же появились какие-то ограничения на соотношения между константами связи. То есть это было очень вдохновляюще, и люди сразу же стали пытаться строить модели таким образом.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
В 20-х годах прошлого века был ещё ряд работ на эту тему, разные физики об этом писали, и, по-видимому, идея имела даже широкий общественный резонанс, потому что, если помните, в романе Булгакова «Мастер и Маргарита» бал Воланда проходил именно в дополнительном измерении. Как московская квартира могла всё это вместить, не представляет труда понять тому, кто хорошо знаком с теорией пятого измерения. По-видимому, это волновало умы людей уже и в то время.
Ещё одна интересная работа была тоже в 20-х годах, тоже посвящённая теории Калуцы - работа Оскара Клейна. В этой работе он впервые попытался объединить принципы квантовой механики с гипотезой о существовании дополнительного измерения. Он пришёл к интересному выводу, что если существует дополнительное измерение, то зависимость волновой функции от координаты дополнительного измерения должна определяться массами частиц. В общем, это правильный вывод, который позже подтвердился, но не в такой форме, как предполагал этой Клейн.
Но в 20-е годы так и не смогли решить проблему, почему же это дополнительное измерение не наблюдаемо, то есть если есть дополнительные измерения, то почему же мы…
А.Г. Продолжаем жить в четырехмерном?
И.В. Продолжаем жить в четырех измерениях, а не расширяем наш мир, или наши квартиры, совершенно безгранично в это пятое измерение.
Э.Б. Как у фантастов это было широко принято.
И.В. Как у писателей-фантастов, да. Так вот ответ на этот вопрос дал опять же Эйнштейн. Вы знаете, что в 30-х годах Эйнштейн работал над единой теорией поля. Он пытался создать единую теорию поля разными способами, у него были разные подходы, и в какой-то момент он обратился к гипотезе Калуцы, которую он, конечно же, отлично знал, и тоже попытался объединить гравитацию с электромагнетизмом - также, как делал это Калуца.
Но он обратил внимание на очевидную проблему: что же делать с ненаблюдаемостью пятого измерения? И вот в 1938-м году Эйнштейн вместе с Бергманом написал работу, в которой фактически предложил идею, определившую развитие теории с дополнительными измерениями на многие годы вперёд. А именно они предположили, что дополнительное измерение ненаблюдаемо потому, что свёрнуто в окружность и имеет очень маленькие размеры. Поэтому для таких макроскопических существ, какими мы с вами являемся, оно ненаблюдаемо. Но микрочастицы, которые в нашем представлении являются точками, могут двигаться в этом дополнительном измерении, и это движение будет каким-то образом проявляться в нашем мире. Вот гипотеза Эйнштейна и Бергмана.
Они продолжили изучение этой теории, и в 1941-м году написали работу, в которой сказали, что, к сожалению, эта гипотеза не работает, что та теория, которую они получают, хотя там есть вектор-потенциал, и вроде бы всё похоже на электромагнетизм, но это не электромагнетизм, потому что взаимодействие с зарядами не такое, как должно быть в электродинамике. То есть Эйнштейн и Бергман пришли к выводу, что это в действительности не есть объединённая теория гравитации и электромагнетизма.
И сейчас мы можем очень легко понять, зная Стандартную Модель, что в общем-то, и невозможно было объединить гравитацию с электромагнетизмом, потому что, как мы уже говорили, сначала нужно объединить электромагнетизм со слабыми взаимодействиями, а потом уже нужно думать как объединять это с гравитацией. И после 1941-го года Эйнштейн оставил это направление, и, в общем-то, фактически к нему долго не проявляли интереса.
Возрождение интереса произошло в 70-х годах, когда уже была модель Вайнберга-Салама (составная часть Стандартной Модели, описывающая электрослабые взаимодействия) и появились так называемые неабелевы калибровочные поля. Гравитация - это неабелево калибровочное поле. Абелево калибровочное поле - это поле, которое не переносит заряда. А вот неабелевы калибровочные поля - это поля, которые сами переносят заряд, и поэтому могут сами с собой взаимодействовать. Например, фотоны сами с собой непосредственно не взаимодействуют, а вот неабеливы калибровочные поля, поскольку они сами обладают тем зарядом, который переносят, они взаимодействуют сами с собой. Так вот, оказалось, что из многомерной метрики можно получить и неабелевы калибровочные поля. Замечательная идея - теперь таким образом попытались строить Стандартную Модель, но тоже быстро убедились, что те поля, которые получаются из многомерной гравитации - это совершенно «не те» поля. То есть то, к чему пришёл Эйнштейн, было переоткрыто в 70-х годах.
А.Г. То есть было справедливо уже для трех взаимодействий?
И.В. Да, это то же самое. То есть причина была не в том, что нужно сначала было объединить электромагнетизм со слабым взаимодействием, причины, в действительности, были более глубокие. То есть многомерная гравитация она и остаётся гравитацией, а слабые и электромагнитные взаимодействия нужно получать каким-то другим образом.
И вот в это же время заметили, что если попытаться динамически объяснить, почему дополнительные измерения таким образом свёрнуты, как это предположил Эйнштейн, то есть попытаться решить уравнение Эйнштейна в многомерном пространстве, и получить решение, в котором есть четыре некомпактных измерения и ещё какое-то количество компактных дополнительных измерений, - так вот оказалось, что если это чистая гравитация, то такие решения, компактифицирующие решения, практически получить невозможно, за исключением каких-то простейших случаев.
Поэтому, чтобы решить эту проблему, стали рассматривать многомерные теории по-другому. А именно помимо гравитации в многомерном пространстве стали рассматривать другие поля - калибровочные поля (поля - переносчики взаимодействия), фермионные поля. И оказалось, что получались замечательные теории. Если попытаться интерпретировать эту теорию с точки зрения четырехмерного наблюдателя, а такая интерпретация с точки зрения четырехмерного наблюдателя получила название размерной редукции, то оказалось, что вроде бы некоторые проблемы Стандартной Модели решаются.
Вот, например, мы говорили о том, откуда в Стандартной Модели берётся скалярное поле Хиггса, оно, вроде бы, неестественное. Так вот оказывается, что если у нас в многомерной теории есть только калибровочное поле, то в 4-х-мерной теории, к которой приводит размерная редукция, сразу же появятся скалярные поля. То есть не нужно в 4-х-мерной теории эти скаляры закладывать руками, они сами спустятся из дополнительных измерений. То есть замечательные вроде бы результаты. Потом сразу же появились какие-то ограничения на соотношения между константами связи. То есть это было очень вдохновляюще, и люди сразу же стали пытаться строить модели таким образом.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70