Геометрия пространства может оказывать значительно более серьезное влияние на физику, чем это предполагалось ранее. Возможно, что само пространство-время способно создавать силы и частицы, которые составляют нашу Вселенную, а не просто быть фоном для их взаимодействия.
Группа ученых, возглавляемая физиком Ричардом Пинчаком, исследовала возможность того, что свойства материи и основных сил появляются из геометрии скрытых измерений, которые не доступны для прямого наблюдения. Согласно предложенной гипотезе, Вселенная включает не только привычные три пространственных измерения, но и скрытые «свернутые» формы — сложные семиразмерные объекты, известные как G₂-многообразия. Ранее эти геометрические структуры рассматривались как статичные и неизменные. Авторы нового исследования пошли дальше и проанализировали, что происходит, когда эти формы развиваются во времени благодаря математическому процессу, называемому G₂-поток Риччи, который постепенно меняет их внутреннюю геометрию.
«Как и в органических системах — например, в закручивании ДНК или хиральности аминокислот — эти многомерные структуры могут обладать торсией, своего рода внутренним скручиванием», — поясняет Пинчак. Когда физики смоделировали эволюцию таких «скрученных» форм, выяснилось, что геометрия естественным образом приходит к устойчивым конфигурациям — солитонам. По словам ученых, эти солитоны могут предложить чисто геометрическое объяснение таким явлениям, как спонтанное нарушение симметрии.
Особенно любопытным является переосмысление природы массы. В Стандартной модели физики элементарных частиц масса появляется в результате взаимодействия с полем Хиггса. Новая теория предлагает необычную альтернативу: согласно ей, масса может быть следствием торсии в геометрии дополнительных измерений. «В нашей модели материя возникает из сопротивления самой геометрии, а не из внешнего поля», — утверждает Пинчак. Масса в таком случае отражает реакцию пространства-времени на свою собственную внутреннюю структуру.
На этом физики не остановились и связали геометрическую торсию с кривизной пространства-времени в масштабах Вселенной. Эта связь может помочь объяснить положительную космологическую постоянную, ответственную за ускоряющееся расширение Вселенной. Кроме того, новая модель позволила предсказать существование ранее неизвестной частицы, связанной с торсией, которую авторы исследования назвали «торстоном». Если эта частица существует, её можно будет обнаружить в будущих экспериментах.
Работа развивает концепцию Эйнштейна о геометрической природе гравитации. Если гравитация возникает из геометрии, то почему бы всем фундаментальным силам не иметь аналогичное происхождение? «Природа часто предпочитает простые решения, — отмечает Пинчак. — Возможно, массы W- и Z-бозонов возникают не из знаменитого поля Хиггса, а непосредственно из геометрии семимерного пространства».
Фото: hi-tech.mail.ru