Скрытые измерения могут быть ключом к тайнам Вселенной

На протяжении столетия общая теория относительности Альберта Эйнштейна служила фундаментом нашего понимания Вселенной. Её центральная идея элегантна: гравитация — это не сила в ньютоновском смысле, а проявление кривизны самого пространства‑времени. Масса и энергия заставляют ткань реальности искривляться, и это искривление диктует движение тел. Но что, если эта геометрическая природа распространяется гораздо дальше гравитации? Новые теоретические исследования предлагают смелую идею: вся физика частиц, включая происхождение массы и фундаментальных сил, может быть проявлением скрытой, динамической геометрии измерений, которые мы не способны воспринять напрямую.

Стандартная модель физики частиц, величайшее достижение науки XX века, описывает мир с беспрецедентной точностью. Она утверждает, что массы элементарных частиц, таких как W‑ и Z‑бозоны, переносящие слабое ядерное взаимодействие, возникают благодаря их взаимодействию с всепроникающим полем Хиггса. Однако некоторые учёные задаются вопросом, можно ли найти ещё более глубокое и единое объяснение. Команда физиков во главе с Ричардом Пинчаком в своей работе, опубликованной в журнале Nuclear Physics B, исследует радикальную возможность: сама структура пространства‑времени, включая дополнительные, свёрнутые измерения, может непосредственно порождать те явления, которые мы приписываем отдельным полям и частицам.

Семь измерений и внутреннее скручивание

Идея о том, что наша Вселенная может обладать большим количеством измерений, чем привычные три пространственных и одно временное, не нова. Такие теории, как теория струн или М‑теория, десятилетиями постулируют существование дополнительных измерений, компактно свёрнутых в микроскопические масштабы. В данном исследовании фокус смещается на конкретный тип геометрической структуры, известный как многообразие G₂. Это сложные семимерные формы, чья внутренняя геометрия обладает особыми свойствами.

Новизна подхода заключается в том, что эти многообразия рассматриваются не как статичный, застывший фон, а как динамические сущности. Учёные использовали математический аппарат, называемый потоком G₂‑Риччи, чтобы смоделировать, как такая геометрия может эволюционировать и деформироваться во времени. В ходе этого процесса выяснилась ключевая особенность — кручение (торсия). Это своего рода внутреннее скручивание геометрии, её врождённая «закрученность», аналогичная спиральной структуре молекулы ДНК или хиральности (правовращаемости или левовращаемости) аминокислот в живой природе.

От геометрии к физике: солитоны и происхождение массы

Когда исследователи позволили этим скрученным семимерным структурам развиваться по законам потока Риччи, произошло нечто интересное. Геометрия естественным образом стремилась стабилизироваться в особых, устойчивых конфигурациях — солитонах. Эти солитоны, являющиеся чисто геометрическими образованиями, демонстрируют поведение, которое в стандартной физике интерпретируется как спонтанное нарушение симметрии. Именно этот процесс лежит в основе механизма Хиггса и наделения частиц массой.

Здесь и возникает альтернативное объяснение. Согласно гипотезе Пинчака и его коллег, сопротивление, которое оказывает сама скрученная геометрия пространства при движении через неё, может быть источником инерции, то есть массы. Иными словами, масса W‑ и Z‑бозонов может возникать не из‑за их трения о поле Хиггса, а как прямое следствие того, как они взаимодействуют с искривлённой и закрученной топологией скрытых измерений. «В нашей картине материя возникает из сопротивления самой геометрии, а не из внешнего поля», — отмечают авторы работы. Это означало бы, что знаменитый бозон Хиггса, открытый на Большом адронном коллайдере, является не фундаментальным источником массы, а скорее вторичным проявлением более глубокой геометрической реальности.

Связь с космологией и новая частица

Импликации этой теории выходят за рамки физики частиц и затрагивают космологию. Исследователи обнаружили, что внутреннее кручение геометрии может быть связано с так называемой космологической постоянной — величиной, которая в современных моделях отвечает за ускоренное расширение Вселенной, приписываемое тёмной энергии. Это открывает потенциально новый путь для объяснения одного из самых загадочных явлений в астрофизике.

Более того, математический аппарат теории предсказывает существование ранее неизвестной частицы, которую авторы условно называют «Торстоун» (от «торсион» — кручение). Эта гипотетическая частица была бы непосредственным квантовым возбуждением поля кручения в геометрии пространства‑времени. Её обнаружение в будущих экспериментах на ускорителях частиц или в наблюдениях за космосом стало бы решающим подтверждением или опровержением данной геометрической модели.

Единая геометрическая картина мира

В конечном счёте эта работа — попытка довести до логического завершения революционную идею Эйнштейна. Если гравитация — это геометрия, то почему бы и другим взаимодействиям (электромагнитному, сильному и слабому) не иметь того же происхождения? Может ли вся реальность, со всеми её силами и частицами, быть своего рода сложной, многомерной и динамической скульптурой, высеченной из чистого пространства‑времени?

«Природа часто предпочитает простые решения, — говорит Ричард Пинчак. — Возможно, массы W‑ и Z‑бозонов происходят не от знаменитого поля Хиггса, а непосредственно из геометрии семимерного пространства».

Разумеется, эта теория находится на самой ранней, сугубо математической стадии. Ей предстоит долгий путь проверки, уточнения и, что самое важное, поиска экспериментальных следствий, которые можно было бы проверить. Однако она служит ярким напоминанием о том, что поиск единой теории всего часто приводит нас к самым фундаментальным концепциям — к геометрии и топологии самой реальности. Вполне возможно, что ключи к разгадке величайших тайн мироздания — от массы элементарных частиц до ускорения галактик — скрыты не в новых полях или частицах, а в незаметных для глаза складках и изгибах пространства‑времени, ожидающих своего геометрического открытия.