«Возможно ли образование Вселенной „из ничего“?» - страница 8
Дело в том, что развитие фундаментальной физики еще явно не закончено! Более того, именно сейчас оживают все более геометризованные теории элементарных частиц. С одной стороны, это. теории, объединяющие бозоны и фермионы, объединяющие внутренние переменные частиц и полей с координатами и преобразованиями Лоренца. В перспективе эти теории должны дать и прямое доказательство существования скалярных полей, а также определить их свойства. Рано или поздно возникнет и теория масс частиц, и физики скажут нам, что такое скрытая масса, которую открыли астрономы. Еще более близкое отношение к вопросу о рождении Вселенной имеют гипотезы о пространстве-времени высокой размерности. Еще в конце 20-х годов была сформулирована идея, согласно которой есть одна "лишняя" координата Х>4, свернутая в кольцо длиной l=2pR, где R - радиус кольца *. Схематически ситуация изображена на рисунке. Три пространственных координаты X>1, Х>2, Х>3 заменены одной Х вдоль трубки.
* Такое замыкание, ограничивающее интервал изменения координаты Х>4 малой величиной I (Х>4 + I = Х>4), математики называют компактификацией. Мы назовем эту координату Х>4, имея в виду, что время обычно обозначают Х>0, а пространственные координаты - X>1, Х>2, Х>3), В итоге пространство - время оказывается пятимерным. Такую теорию предложили физики Т. Калуца и О. Клейн еще в 20-х годах.
В квантовой теории движение вдоль Х>4 или локализация частицы пр координате Х>4 требуют гигантских энергии. Поэтому во всех опытах вплоть до самых больших энергий, 10>17 или даже 10>19 ГэВ (сравните с 10>3 ГэВ на ускорителях 80-х годов), нет движения по особой координате Х>4 (или от Х>4 до Х>9). Теоретики говорят, что внизкоэнергетическом пределе пространство-время остается эффективно четырехмерным. Если к тому же ограничиваться размерами, малыми по сравнению с астрономическими, то пространство и время описываются старой доброй метрикой Минковского.
Схематичное изображение пространства Капуцы- Клейна. Показано сечение одного заданного значения времени X>0=const, три пространственные координаты X>1, Х>2, Х>3 заменены одной - X. В итоге получилась двумерная поверхность трубки с координатами X, X>4 на поверхности.
И тем не менее, введение в рассмотрение дополнительных измерений - Х>4 в простейшем примере - не проходит бесследно. Можно рассмотреть малые изменения метрики, при которых координатная ось дополнительного измерения Х>4 предполагается не перпендикулярной координатной сетке основных (макроскопических) измерений. Оказывается, что эффективно такое предположение эквивалентно появлению электромагнитного поля в обычном пространстве.
Увеличение числа компактифицированных ("свернутых") переменных с 1 до 6 или 7 (переход к 10-мерному исходному пространству-времени) дает возможность ввести не только электромагнитное поле, но и те поля (W>±, Z°), которые описывают слабое взаимодействие, и поля (глюонные), которые описывают сильное взаимодействие. К тому же, теория суперсимметрии, объединяющая бозонные поля (такие, в частности, как электромагнитное) и фермионные поля (такие, как электрон-позитронное), тоже "геометрична", она вводит новые - удивительные, но геометрические переменные. Мечта А. Эйнштейна о геометризации всей физики сегодня представляется гораздо более реальной, чем это казалось всего 5 или 10 лет назад.
Но почему я пишу обо всем этом в космологической статье?
Первая (не самая главная) причина состоит в том, что мы, наконец, присутствуем при рождении теорий, для которых скалярные поля являются необходимым следствием. О значении скалярных полей уже говорилось - без них не было бы инфляционной Вселенной. Поляризация вакуума как источник энергии и отрицательного давления для инфляции (раздувания) Вселенной, есть тоже разновидность скалярного поля.
