nwp.org.pl wymiar
Wielowymiarowa przestrzeń
To bardzo mało jak na nasze codzienne standardy, ale bardzo dużo w porównaniu z rozmiarami cząstek elementarnych. Rozpatrywanie dodatkowych wymiarów może się wydać dziwne i nieuzasadnione, ale dla fizyków to nic nowego. Ideę tę wprowadzili w latach dwudziestych polski matematyk Teodor Kałuża i szwedzki fizyk Oskar Klein, którzy opracowali niezwykłą teorię grawitacji i elektromagnetyzmu, dodając jeden dodatkowy wymiar przestrzenny. Ich koncepcja odżyła we współczesnej teorii strun, która aby pozostać matematycznie niesprzeczna wymaga 10 wymiarów przestrzennych. Jeszcze niedawno fizycy zakładali, że dodatkowe wymiary są zwinięte w maleńkie kółka o rozmiarach bliskich tradycyjnej długości Plancka 1035 m, co sprawia, że nie da się ich zaobserwować, ale wówczas problem hierarchii pozostaje nie wyjaśniony. W nowej teorii, którą tu omawiamy, dodatkowe wymiary są zwinięte w duże okręgi o promieniu co najmniej 10~14 m, a być może nawet aż jednego milimetra. JEŻELI PRZESTRZEŃ TA jest tak duża, to dlaczego jeszcze jej nie zauważyliśmy? Dodatkową przestrzeń o rozmiarach jednego milimetra można dostrzec gołym okiem, a na pewno pod mikroskopem. I choć nie zmierzyliśmy siły grawitacyjnej na odległościach znacznie mniejszych niż 1 mm, to dysponujemy ogromnym zbiorem danych eksperymentalnych dotyczących innych sil na znacznie mniejszych odległościach, aż do 10~19 m; są one wszystkie zgodne z trójwymiarową przestrzenią. Ale czy dodatkowe wymiary istnieją? Odpowiedź jest zarazem prosta i zadziwiająca: wszystkie znane nam siły z wyjątkiem grawitacyjnej działają tylko wzdłuż trójwymiarowej "ściany" w wielowymiarowej przestrzeni. Elektrony, ...
Scenariusz
Choć wydaje się dziwne, że niektóre cząstki powinny być uwięzione w ścianie, podobne zjawiska są dość powszechne. Na przykład elektrony w miedzianym drucie mogą się poruszać tylko w jednym wymiarze wzdłuż drutu i nie przenikają do otaczającej trójwymiarowej przestrzeni. Podobnie fale na wodzie przemieszczają się głównie na powierzchni oceanu, a nie w całej jego objętości. Opisywany tu scenariusz, w którym wszystkie cząstki z wyjątkiem grawitonów są uwięzione w ścianie, jest naturalną konsekwencją teorii strun. Jednym z głównych osiągnięć tej teorii, dzięki którym przełom stał się możliwy, było zdanie sobie sprawy z istnienia takich "ścian", określanych jako Dbrany ("brana" pochodzi od końcówki słowa "membrana", a "D" od "Dirichleta", czyli od matematycznej własności takich "bran"). Dbrany mają dokładnie wymagane własności: cząstkielektrony i fotony są reprezentowane przez bardzo krótkie struny, których końce muszą być przytwierdzone do Dbrany. Natomiast grawitony są małymi zamkniętymi strunami, mogącymi się przemieszczać we wszystkich wymiarach, gdyż nie mają końców zakotwiczających je w Dbranie. GDY POJAWIA SIĘ nowa teoria, zdolni teoretycy przede wszystkim próbują ją obalić, wykazując niespójności z istniejącymi już danymi doświadczalnymi. Teoria dużych dodatkowych wymiarów zmienia grawitację na makroskopowych odległościach i modyfikuje fizykę przy bardzo dużych energiach, a więc jest bardzo podatna na weryfikację. Zadziwiające, ale nie jest ona sprzeczna z żadnym znanym doświadczeniem. Kilka przykładów pokazuje, jak niespodziewany to wniosek. Zdawałoby się, że zmiana grawitacji mogłaby wpłynąć na obiekty, które istnieją dzięki sile ciążenia, ...
Katalog