Проблема мультимиров от древнегречиских представлений к современным концепциям

Мы говорим, «в среднем», подразумевая, разумеется, ее глобальную структуру, не учитывая локальные искривления метрики пространства-времени вблизи массивных объектов (звезд, галактик, скоплений и сверхскоплений галактик).До эпохи инфляции геометрия Вселенной не была трехмерноплоской. Если обратить во времени процесс эволюции Вселенной, то можно сказать, что с уменьшением ее размера радиус трехмерной кривизны становился все больше. Но гораздо более интересной особенностью очень ранней Вселенной является ее многомерность, предсказываемая теорией суперструн. Согласно современным теоретическим представлениям, ранняя Вселенная характеризовалась большим количеством дополнительных измерений сложной структуры. Эти дополнительные измерения эволюционировали вместе со Вселенной и могут как представляться в виде свернутых компактных микроскопических многообразий, так являться и протяженными.Долгие совместные усилия математиков и физиков-теоретиков породили одну из красивейших теорий мироздания, объединившую квантовополевую теорию с теорией гравитации Эйнштейна и претендующую на роль объединения всех известных физических взаимодействий. Это теория суперструн, или ее современное обобщение – Мтеория.Втеориясуперструн все элементарные частицы, в том числе и переносчик гравитационного взаимодействия (гравитон), являются различными типами колебаний некоторого нового одномерного пространственного объекта – струны. Частота колебаний определяет частицу и ее энергию. Типичный продольный размер струны очень мал – порядка планковской длины(10–33 см). При малых энергиях струна неотличима от точечной частицы. Теория суперструн начинает проявлять себя только при сверхвысоких энергиях, какие реализовывались в ранней Вселенной. Для ее непротиворечивого описания требуется 9 пространственных измерений и одно временное. Эти дополнительные измерения равноправно существуют в ранней доинфляционной Вселенной, а потом, по мере остывания и расширения Вселенной, свертываются (компактифицируются), оставляя только три пространственных и одно временное измерение. Таким образом, общая теория относительности Эйнштейна оказывается низкоэнергетическим приближением теории суперструн.Mтеория требует уже одиннадцати измерений для своего непротиворечивого математического описания. Она является обобщением теории суперструн в том смысле, что помимо самих струн (одномерных объектов) содержит и элементы более высоких размерностей – поверхности (pбраны) и трехмерные структуры. Мтеория сейчас проходит этап становления.Теория суперструн, как и любая другая физическая теория, для своего подтверждения требует наблюдательных и экспериментальных данных. Но мы, очевидно, можем оперировать только с четырьмя измерениями. Так как мы не наблюдаем проявлений дополнительных измерений, они должны быть очень малыми, как в случае моделей с компактификацией (модели Калуцы–Клейна). Малый радиус дополнительных измерений означает, что они должны проявлять себя только при сверхвысоких энергиях, какие реализовывались в ранней Вселенной. Не исключено, что существуют и протяженные дополнительные измерения, с которыми наша четырехмерная Вселенная может взаимодействовать гравитационно или обмениваться какимилибо гипотетическими частицами.В случае Калуцы–Клейна, дополнительные измерения формируются в виде многообразий М. Знание топологии таких многообразий дало бы нам сведения о геометрической структуре пространствавремени очень ранней доинфляционной Вселенной, когда ее топология яростно кипела и бурлила, когда сменялись фазовые состояния пространства, подобно тому, как возникают пузыри новой, газообразной фазы в кипящей смоле. Но кипящая смола – это материя, а в ранней Вселенной кипело само пространство, тогда никакой материи еще не было, материя родилась позже, из энергии, вырвавшейся из этой скрученной сложнейшей геометрии пространства.Симметрия теории суперструн нарушилась, породив множество стабильных (и квазистабильных) состояний, каждому из которых соответствует самостоятельно эволюционирующий домен Мультимира. Каждая такая вселенная соответствует различным устойчивым вакуумным состояниям.Типичный минимум потенциала в теории суперструн – это величина, пропорциональная четвертой степени энергии струны, то есть порядка планковской массы. Согласно наблюдательным данным, эта величина отличается от наблюдений на 120 порядков! Но, поскольку набор энергий вакуума есть величина, распределенная случайным образом, из этого набора можно подобрать величину космологической постоянной, соответствующей реальным данным. Остается вопрос, почему именно этот минимум из множества возможных реализовался в нашей Вселенной. Ответ на этот вопрос дается, например, антропным принципом.Таким образом, теория суперструн предоставляет нам целый «зоопарк» моделей ранней Вселенной. Выбор реальной модели обусловлен нашим умением работать в четырехмерномпространствевремени вместо 10 или даже 11мерного, умением правильно объяснить структуры дополнительных измерений.ЗаключениеТеория суперструн и Мтеория пытаются дать ответ и на вопрос о происхождении самого Мультимира. Так, это могло произойти в результате столкновения двух многомерных поверхностей. Каждая из них обладала сложной фрактальной структурой, и их взаимодействие положило начало образованию целого семейства Вселенных.Наука космология сумела поставить себе на службу астрономию, теоретическую физику, физику элементарных частиц, физику сверхвысоких энергий, сложнейшую математику. Этот список вовлекаемых наук все растет. Ведь для того, чтобы понять, как образовалась наша Вселенная, необходимо объединение различных подходов естествознания. Предстоит еще долгий путь, но какие захватывающие перспективы открываются перед исследователями.Список литературы1.Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. – М.: Наука, 1975.2.Сажин М.В. Космология двадцатого века // Астрономический календарь. – М.: Космоинформ, 1999. – С. 243.3.Окунь Л.Б. Физика элементарных частиц. – М.: Наука, 1988.4.Вейнберг С. Первые три минуты. – М.: Энергоиздат, 1981.5.Долгов А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной. – М.: Издво МГУ, 1988.6.Сажин М.В. Современная космология в популярном изложении. – М.: Едиториал УРСС, 2002.7.Сажин М.В. Открытие микролинзирования в гало нашей Галактики // Природа. – 1994. – № 11. – С. 17.8.Черепащук А.М. Гравитационное микролинзирование и проблема скрытой массы // Энциклопедия «Современное естествознание». Т. 4. – М.: МАГИСТР ПРЕСС, 2000. – С. 240.9.Яу Ш., Надис С. Теория струн и скрытые измерения. – СПб.: Издво Питер, 2013.10.Горбунов Д.С., Рубаков В.А. Введение в теорию ранней Вселенной. Т. 1. – 2008; Т. 2. – 2009. – М.: URSS.