Современные физические представления могут быть значительно переосмыслены: геометрия самого пространства способна играть гораздо более центральную роль, чем предполагалось ранее. Вместо того чтобы служить лишь фоном для действия сил, пространство-время, возможно, порождает те самые силы и частицы, из которых состоит вся Вселенная.
Новые теоретические работы указывают на то, что фундаментальное поведение природы может проистекать непосредственно из структуры пространства-времени. Это предположение выдвигает геометрию как единое начало всех физических взаимодействий.
В исследовании, опубликованном в журнале Nuclear Physics B, физик Ричард Пинчак и его коллеги изучают, могут ли свойства материи и сил возникать из геометрии невидимых измерений, лежащих за пределами нашего повседневного пространства.
Их теория предполагает, что Вселенная содержит дополнительные измерения, которые невозможно наблюдать напрямую. Эти измерения могут быть компактифицированы и свёрнуты в сложные семимерные структуры, известные как G2-многообразия. Традиционно такие геометрические формы рассматривались как фиксированные и неизменные. Однако новое исследование изучает, что происходит, когда эти формы могут эволюционировать во времени посредством математического процесса, называемого G2-потоком Риччи, который постепенно изменяет их внутреннюю геометрию.
«Как и в случае с органическими системами, такими как закручивание ДНК или хиральность аминокислот, эти экстрамерные структуры могут обладать кручением – своего рода внутренним завихрением», – объясняет Пинчак. Это кручение создаёт встроенное вращение внутри самой геометрии.
Когда учёные смоделировали, как эти закрученные формы меняются со временем, они обнаружили, что геометрия естественным образом может приходить к стабильным конфигурациям, называемым солитонами. «Когда мы позволяем им эволюционировать во времени, мы видим, что они могут стабилизироваться в таких конфигурациях. Эти солитоны могли бы обеспечить чисто геометрическое объяснение таких явлений, как спонтанное нарушение симметрии».
В Стандартной модели физики элементарных частиц масса возникает в результате взаимодействия с полем Хиггса, которое придаёт вес таким частицам, как W- и Z-бозоны. Новая теория предлагает иную возможность. Вместо того чтобы полагаться на отдельное поле, масса, возможно, является результатом кручения в самой геометрии дополнительных измерений.
«В нашей картине, – говорит Пинчак, – материя возникает из сопротивления самой геометрии, а не из внешнего поля». В этом свете масса отражает то, как пространство-время реагирует на свою собственную внутреннюю структуру, а не на влияние какого-либо дополнительного физического компонента.
Исследователи также связывают геометрическое кручение с кривизной пространства-времени в больших масштабах. Эта взаимосвязь может помочь объяснить положительную космологическую постоянную, связанную с ускоряющимся расширением Вселенной.
Помимо этих космологических последствий, команда размышляет о существовании ранее неизвестной частицы, связанной с кручением, которую они назвали «Торстоном» (Torstone). Если такая частица реальна, её потенциально можно будет обнаружить в будущих экспериментах.
Основная цель этой работы – развить идею Эйнштейна. Если гравитация возникает из геометрии, авторы задаются вопросом, могут ли все фундаментальные силы иметь одно и то же происхождение. Как отмечает Пинчак, «Природа часто предпочитает простые решения. Возможно, массы W- и Z-бозонов происходят не от знаменитого поля Хиггса, а непосредственно от геометрии семимерного пространства».
