Раз вселенная не самоуничтожилась, значит остальные измерения слишком малы

Потому что иначе испаряющиеся черные дыры бы давно нас дезинтегрировали. К такому выводу пришли физики из Университета Северной Каролины и Лойольского университета в Чикаго.

Раз вселенная не самоуничтожилась, значит остальные измерения слишком малы

Вот как может закончиться наш мир.

Раз. Пара космических протонов сталкиваются на невероятной скоростью. Огромная энергия от их столкновения создает малюсенькую эфемерную черную дыру, настолько мелкую, что она просуществует долю секунды, прежде чем исчезнет.

Два. Там, где была черная дыра, начнет расти и расширяться со скоростью света пузырь пространства с совершенно другими законами физики.

Три. Пузырь будет расти, атомы на его пути — дезинтегрироваться. И довольно быстро нашей вселенной не станет.

“Если вы будете стоять близко к той точке, откуда начнет расти пузырь, вы даже не заметите, что он появился, — объясняет Кэти Мак, физик из Университета Северной Каролины. — Если он приближается к вам снизу, ваши ноги пропадут до того, как мозг это заметит.”

Все это может произойти только если у нашей Вселенной есть хотя бы еще одно дополнительное измерение, помимо трех пространственных и времени.

Но ведь до сих пор этого не произошло, так?

И этот факт — что испаряющиеся черные дыры пока что не уничтожили вселенную, — накладывает строгие ограничения на размер дополнительных измерений, если последние вообще существуют.

Об этом пишут физики Кэти Мак и Роберт Макниз (Лойольский университет в Чикаго) в статье, опубликованной в середине сентября на arXiv.org.

Физики не просто так интересуются свойствами дополнительных измерений. Именно эти измерения могут помочь объяснить темную энергию и темную материю, а также усовершенствовать стандартную модель. Но пока что не удалось найти доказательства существования других измерений, а значит, если те и существуют, то они чертовски миниатюрны.

| Читайте также: Первичные черные дыры не способны объяснить феномен темной материи

И все же ученые предполагают, что даже малюсенькие дополнительные измерения оказывают влияние на нашу вселенную. К примеру, в них может утекать гравитация, этот факт помог бы объяснить, почему гравитация намного слабее остальных фундаментальных сил.

Эта утечка снизила бы порог создания миниатюрных черных дыр — на небольших расстояних, на которые теоретически воздействуют дополнительные измерения, гравитация была бы намного сильнее.

Если бы были эти дополнительные измерения, для создания черной дыры не требовалось бы так много материи на такое маленькое пространство, — комментирует Мак.

Именно поэтому, кстати, некоторые ученые считали, что БАК начнет создавать миниатюрные черные дыры. Этого до сих пор не произошло.

Природа же способна сталкивать частицы с намного более высокими энергиями, чем какой-то там БАК. Самые высокие энергии были обнаружены в космических лучах ультравысоких энергий — протонах с энергиями, превышающими 8 миллиардов миллиардов электрон-вольт. Это в 100 миллионов раз выше, чем энергии, создаваемые БАКом. Если бы столкновения между этими частицами создавали черные дыры, физики смогли рассчитать гравитационное влияние дополнительных измерений и то, насколько близко нужно приблизиться к объекту, чтобы гравитация начала “шалить”.

У этого сценария, впрочем, есть и темная сторона. Согласно теории, предложенной в 1970-х Стивеном Хокингом, энергия испаряется от черной дыры, пока последняя не исчезает окончательно. Чем меньше черная дыра, тем быстрее она испаряется, поэтому малюсенькие черные дыры, создаваемые в столкновениях космических лучей, исчезали бы буквально мгновенно.

Это не слишком хорошие новости для Вселенной. В 2015 году физик-теоретик Рут Грегори из Даремского университета (Великобритания) и ее коллеги математически показали, что черные дыры, когда испаряются окончательно, подталкивают вселенную к состоянию, при котором законы физики кардинально отличаются от привычных нам. Настолько, что атомы не удерживаются рядом друг с другом.

Никакие структуры не могут существовать, — говорит Мак. — Моргнуть бы не успели, а нас уже не стало.

Эта катастрофа называется вакуумным разлаганием (vacuum decay). В его основе лежит идея, что фундаментальное состояние нашей Вселенной — вакуумное состояние — может быть не самым стабильным из возможных. Возможно, существует другая конфигурация физических законов, —  истинный вакуум, —  у которой более низкое энергетическое состояние.

И по мнению Грегори и ее коллег, испарившаяся черная дыра, теоретически, могла бы подтолкнуть нашу вселенную к этому состоянию. А как только бы образовался такой истинный вакуум, пространство вокруг него не замедлило бы к нему присоединиться, и вселенная, какой мы ее знаем, просто-напросто исчезла.

Этот набор идей и теории приводит нас к парадоксу, о котором и пишут в новой статье Мак и Макниз. Столкновения между космическими лучами сверхвысоких энергий “должны бы были уже произойти тысячи раз”, рассуждает Макниз. Если дополнительные измерения существуют, и если они достаточно велики для того, чтобы лучи создавали маленькие черные дыры, вакуумное разложение уже давно бы произошло. Но мы все еще существуем, значит и эти дополнительные измерения, если они есть, слишком малы — меньше, чем считалось ранее.

Мак и Макниз рассчитали, что дополнительные измерения должны быть меньше 16 нанометров. Другими словами, их гравитационное воздействие распространялось бы только на это маленькое расстояние. Такая оценка в сотни раз меньше предыдущих расчетов, и она опровергает некоторые из теорий, согласно которым происходит “утечка” гравитации.

По словам Яна Мосса из Университета Ньюкасла (Великобритания), работавшего в 2015 году над статьей вместе с Грегори, анализ получился забавным и полным, но при этом Мак и Макниз делают слишком много допущений насчет условий, которые способны привести к вакуумному разложению.

Не могу сказать, что эти пределы убедительны. Все верно, но слишком уж много “если”, — отмечает он.

 — 

Исследование Мака и Макниз на arXiv.

Исследование Бурды, Грегори и Мосса от 2015 года в Journal of High Energy Physics.


Следующее: Как найти планеты на ночном небе

Предыдущее: Миссия "Мессенджер": Удивительные пейзажи Меркурия



Поделиться!