В 1919 году физик Теодор Калюца предположил, что дополнительные измерения могут помочь решить некоторые неразрешимые проблемы физики. И хотя до сих пор мы не нашли доказательства существования чего-либо за пределами нашего привычного четырехмерного пространства-времени, существует множество интригующих возможностей, которые стоит исследовать.

Одной из самых больших загадок современной физики является «проблема иерархии». Суть в том, что сила гравитации слишком слаба. Она в миллиард раз слабее, чем любые другие фундаментальные силы, и мы не знаем, почему так происходит.

Одной из странных возможностей является то, что гравитация может иметь особое свойство, которого лишены другие силы. Возможно, существует больше измерений, чем мы привыкли думать — все остальные силы «прилипли» к пространству-времени, в то время как гравитация может распространяться в дополнительных измерениях. Это может делать гравитацию настолько слабой, что на наш опыт она кажется безмощной.

Но это порождает важный вопрос: где же находятся эти дополнительные измерения? Мы не чувствуем, не ощущаем и не обнаруживаем никаких дополнительных свобод движения. Единственным объяснением является то, что дополнительные измерения должны быть свернуты так мелко, что мы их не замечаем. Когда мы движемся по Вселенной, на самом деле мы многократно циркулируем по этим свернутым измерениям даже при самых маленьких движениях. Мы этого не осознаем, и жизнь продолжается как обычно.

Теоретики струн давно используют идеи о дополнительных измерениях для создания своей теории. Однако возможность объяснить слабость гравитации основывается на том же фундаментальном концепте, не включая теорию струн в процесс. Чтобы сделать гравитацию настолько слабой, дополнительные измерения должны быть примерно на одну десятую миллиметра шире — это огромный размер, когда речь идет о субатомных процессах. И единственной причиной, по которой мы не заметили такие большие дополнительные измерения, является то, что только гравитация может их испытывать.

Любопытно, что существуют способы заглянуть в скрытые измерения, не имея доступа к ним напрямую. Представьте себе, что вы скатываете трубку бумаги очень плотно и затем направляете безмассовую частицу, такую как фотон, по ребру трубки. Эта частица будет двигаться по длине, но также будет двигаться вокруг окружности трубки.

Если вы посмотрите на трубку издалека, вы не сможете увидеть ее свернутое измерение. Вы увидите, как фотон движется вниз, но, поскольку часть его движения происходит в незаметном измерении, он будет казаться движущимся медленнее света. Однако частицы, которые движутся медленнее света, имеют массу, что означает, что если фотон мог бы получить доступ к дополнительным измерениям, он не был бы безмассовым.

Согласно нашим предположениям, гравитация переносится безмассовыми частицами, называемыми гравитонами. Эти гравитоны должны двигаться со скоростью света, но если они смогут получить доступ к дополнительным измерениям, они будут казаться массивными. Из-за странных правил квантовой механики и волновой природы частиц мы увидим бесконечное разнообразие масс гравитонов.

Ключ к открытию дополнительных измерений заключается в проведении экспериментов с высокоэнергетическими коллайдерами и наблюдении, появятся ли какие-либо массивные частицы, похожие на гравитоны.

Тем не менее, несмотря на поиски физиков, мы пока не нашли подтверждений. Это не исключает возможности существования дополнительных измерений, но делает эту идею менее притягательной. Чтобы соответствовать нынешним наблюдательным ограничениям, дополнительные измерения должны быть действительно маленькими — гораздо меньше, чем нужно, чтобы объяснить слабость гравитации.

Однако существует вариант. В 1999 году физики Лиза Рэндэлл и Раман Сундрум расширили идею о дополнительных измерениях. Вместо того, чтобы делать их плоскими, они позволили им иметь кривизну. Эта гибкость позволяет размеру измерений быть достаточно большим, чтобы объяснить слабость гравитации, но делает гравитоны неуловимыми для современных коллайдеров.

Это хорошие и плохие новости; это позволяет решить проблему иерархии, избегая при этом современных экспериментальных ограничений.

Так что, хотя это и классная идея, в настоящее время она не поддерживается ни одним доказательством. Тем не менее, всегда интересно представлять дополнительные измерения Вселенной, скрытые на виду.