Эксперименты не подтвердили существование скрытых измерений Вселенной
Где спрятались дополнительные измерения? Эксперименты ставят жирный крест на модной теории
Это не шутка — Большой адронный коллайдер, данные нейтронных звезд и лабораторные опыты по гравитации не нашли никаких следов дополнительных пространственных измерений. За 20 лет физики получили однозначный ответ: если они и есть — то либо крошечные, либо слишком искривленные. Вот что показывают точные цифры.
Зачем физики вообще придумали дополнительные пространства
В 1998 году Аркани-Хамед, Димопулос и Двали предложили модель (ADD), которая решает проблему иерархии. Суть: гравитация так слаба по сравнению с электромагнетизмом, будто большая её часть утекает в другие измерения. Если эти измерения достаточно большие (субмиллиметровые, например), то планковская энергия снижалась бы до масштаба ТэВ, и гравитация перестала бы быть загадкой.
Как это работает: представьте, что вы живете на листе бумаги (3D пространство), а рядом есть другие листы. Гравитоны, кванты гравитации, могут прыгать между листами, унося энергию. Тогда в нашем листе гравитация кажется слабее. Чем больше листов (измерений) и чем они шире, тем заметнее утечка. Именно эту утечку искали на коллайдерах и в астрофизике.
Недавно я заметил, что многие любители физики путают эти модели с "параллельными мирами" из фантастики. На самом деле дополнительные измерения — чисто геометрическое расширение пространства-времени, а не мультивселенная. И проверка их существования — сухая статистика потерь импульса частиц.
Что сказали LHC, нейтронные звезды и лабораторная гравитация
Экспериментаторы искали потерю импульса — если гравитоны сбегают в измерения, частицы при столкновениях должны терять часть энергии. Ни на LHC, ни на других ускорителях ничего такого не нашли. Астрофизики смотрели на слияния нейтронных звезд: гравитационные волны не показали утечки энергии. Лабораторные опыты по измерению гравитации на микроскопических расстояниях тоже не выявили отклонений от закона Ньютона. Очень показательные опыты ставили ещё в 2000-х — с крутильными весами и микрорезонаторами. Они измеряют силу притяжения между двумя массивными пластинами на расстояниях от 10 до 0.1 микрона. Если бы существовали большие дополнительные измерения, закон Ньютона нарушился бы. Ничего не найдено — точность доведена до нескольких микрон.
Слияние нейтронных звезд GW170817 дало возможность проверить утечку гравитационных волн в измерения. Разница в приходе сигнала между гравитационными волнами и светом была меньше секунды — это ставит жёсткие ограничения на модель ADD.
| Количество дополнительных измерений | Максимальный размер (по данным экспериментов) | Решает проблему иерархии? |
|---|---|---|
| 2–3 | не более 0,01 нм (10⁻¹¹ м) | Нет |
| 5–6 | ещё меньше, ~10⁻¹³ м и менее | Нет |
Эти пределы уже в сотни раз меньше тех, что нужны по модели ADD. Чтобы гравитация ослабла до нашего уровня, измерения должны быть размером порядка миллиметра. А тут — сотые доли нанометра. Не работает.
Модель Рэндалл-Сундрама: лазейка, которую не закрыли
Чтобы спасти идею, в 1999 году Лиза Рэндалл и Роман Сундрам предложили модель с изогнутыми (искривленными) дополнительными измерениями. Там гравитоны, попадая в наше пространство, становятся тяжелее — настолько, что их невозможно поймать на современных ускорителях. Экспериментальных ограничений на эту модель пока нет. Но это не триумф: проверить её смогут только детекторы нового поколения, которые вряд ли заработают до 2030-х. Планируемый детектор Einstein Telescope сможет расширить поиск в 10 раз, но только к 2040 году.
Важно: Модель ADD “умерла” экспериментально. Рэндалл-Сундрам пока “жива”, но не верифицирована. Физики не любят теории, которые нельзя проверить. Поэтому поиск продолжается — в более высоких энергиях и более точных наблюдениях.
Что из этого следует практически
Для простого человека — ничего. Мир от этого не меняется. Для науки — хороший урок: красивая математическая модель может рухнуть при столкновении с реальностью. И это нормально.
Пошаговый совет: если читаете новость о том, что «физики открыли порталы в другие измерения», спросите себя: упоминаются ли там данные LHC, опыты по гравитации или наблюдения нейтронных звезд? Если нет — скорее всего, это пересказ старых гипотез без доказательств.
Лично я считаю, что дополнительные измерения всё же могут существовать в каком-то хитром виде (например, с кривизной). Но простой вариант — большие плоские дополнительные пространства — исключен почти на 100%. Придется ждать новых экспериментов, которые либо увидят гравитоны высокой энергии, либо поставят окончательную точку. Наука не стоит на месте — ставки высоки, но честность важнее.
