Существует ли пятое измерение? | Арли Петтерс | TEDxNCSSM

Можем ли мы утверждать, что существует пятое измерение, и где именно оно существует в пространстве-времени? Какую роль в этом играют чёрные дыры? Объясняет Арли Петтерс.

Это выступление записано на мероприятии TEDx, независимо организованном местным сообществом с использованием формата конференций TED. Узнайте больше на http://ted.com/tedx

Я очень рад находиться здесь перед вами.

Я хочу задать очень простой,
но провокационный вопрос.

Вы сидите там, я стою здесь.

Мы ощущаем пространство как трёхмерное,

измеряемое по длине, ширине и высоте.

Ешё у нас есть часы, а значит,
есть ещё одно измерение — время.

Итак, мы находимся в четырёхмерном мире.

Я хочу задать очень простой вопрос:

возможно ли существование
пятого измерения?

В качестве дополнительного измерения
мы представляем себе

не временное измерение,
а пространственное.

Странный вопрос, не так ли?

Можно ли представить себе
движение в направлении,

отличном от длины, ширины и высоты?

Это и есть провокационный вопрос
сегодняшней истории.

Давайте начнём с рассмотрения
некоторых проблем,

относящихся к объекту
более высокого измерения.

Начнём со следующего изображения.

У нас есть проволочный куб,
и мы направим на него свет.

Под ним мы увидим тень этого самого куба.

Но это непростая тень.

Она запечатлевает

дополнительные свойства всего объекта.

Так, если вы посчитаете вершины куба,

вы увидите, что у этой тени
такое же количество вершин.

Если вы посчитаете грани куба,
у тени будет то же самое число.

На самом деле эта тень имеет название.

Она называется диаграммой Шлегеля.

Возникает вопрос:

какую тень имел бы четырёхмерный куб?

Это знакомый нам всем тессеракт.

В этом случае тень не может
появиться на поверхности.

Она будет находиться
в трёхмерном пространстве.

Эта тень будет выглядеть примерно так.

Некоторые из вас видели эту картинку.

Это диаграмма, отображающая
свойства дополнительного измерения

этого четырёхмерного куба.

Опять-таки, вы можете посчитать
вершины, грани, стороны и так далее.

Это изображение воплощает идеи

архитекторов, художников и так далее.

Когда вы в следующий раз будете в Париже,

обязательно взгляните на Большую арку.

Этот проект, ставший победителем,

был представлен архитектором Спрекельсеном

на организованный Миттераном
конкурс Большой арки.

На самом деле это пятимерное
представление объекта,

который может находиться
в пятимерном пространстве.

Именно его мы хотели бы рассмотреть

с точки зрения физики.

Чтобы это сделать,

давайте сначала обратимся
к гравитационной теории Эйнштейна.

Воздействие гравитации на свет

происходит очень своеобразно.

Мы все выросли, считая,
что свет движется по прямой.

Но одна из главный вещей,
показанная нам Эйнштейном,

это то, что гравитация объекта
заставляет свет изгибаться вокруг объекта.

Он был первым человеком, сумевшим
правильно посчитать угол отклонения.

Я хотел бы рассказать вам о статье,
написанной им в 1936 году,

о которой почти никто не знает.

Ему на тот момент было уже 57 лет.

Он показал, что если есть объект, —

в данном случае это спутник,
а мы находимся здесь на Земле...

Заметьте, что когда сигнал
направляется к Земле,

он искривляется
из-за гравитационного поля Солнца.

Но давайте теперь представим себе звезду.

Он стал рассматривать это искривление
более тщательно и обнаружил,

что источник света на заднем плане
имел бы тогда двойное изображение.

Это было бы космическим миражом.

В той же самой статье,
занимавшей всего полторы страницы,

он также отметил,

что если источник света находится
на продолжении прямой от звезды до Земли —

здесь источник находится
на продолжении прямой от звезды до Земли,

а здесь — нет,

так вот если он не находится
на этой прямой, видны два изображения.

Когда он находится на этой прямой,
он кажется очень ярким.

Настолько, что выглядит как кольцо.

Я бы хотел проинтерпретировать
эту статью по-новому.

Вот что происходит.

На самом деле это теневая структура,

образовавшаяся на месте источника.

Эта теневая структура образовалась

из-за воздействия гравитации на свет.

Другими словами, объекты Вселенной
отбрасывают тени по всему космосу.

Эти тени отличаются от диаграмм Шлегеля,

показанных мною раньше.

Они возникают во Вселенной
естественным образом.

В данном случае здесь, на заднем плане,

я просто показываю вам рисунок,
созданный звездой.

Если вы возьмёте это сечение,

то яркость достигнет пика,
а потом понизится.

Как выглядит такая тень
при наличии, скажем, тридцати звёзд?

Вот изображение,

полученное после проведения
полного анализа всех уравнений,

взятых из гравитационной теории Эйнштейна.

Если вы посмотрите на него,

оно может напомнить вам
переливы света на борту корабля,

находящегося в порту.

Но оно возникло во Вселенной.

Если бы было 100 000 звёзд,
вот как это выглядело бы.

Изображение становится
всё более и более сложным.

Мы знаем, что у звёзд есть планеты.

Если вы включите планеты,

у тени появятся микро-структуры,

и вот пример того, как это выглядело бы.

Не напоминает ли вам это
нервную систему мозга?

Которую нам показывал
предыдущий рассказчик?

Такое сильное сходство в науке
просто удивительно.

Вот в чём заключается основная идея,

лежащая в основе вопроса
о высших измерениях.

Основной вопрос связан

с теорией гравитации
в модели мира на бране.

В этом мире есть
длина, ширина, высота, время

и ещё одно измерение,
которое мы называем пятым.

Рассмотренные нами теневые структуры
следуют из теории Эйнштейна.

По этой теории мы находимся
в четырёхмерной Вселенной.

Что же происходит с теневыми структурами

в пятимерном мире?

Поможет ли это нам ответить
с научной точки зрения на вопрос

о существовании дополнительного
измерения физического пространства?

Расскажем в двух словах
о гравитации в модели мира на бране.

Слово «брана» — б-р-а-н-а —
это сокращение от мембрана.

Я покажу вам быстро изображение

этой теории в формулировке
Рэнделла-Сандрама.

Она утверждает, что наша Вселенная

находится в пятимерном мире.

Здесь я изобразил нашу Вселенную
как плоский лист.

Этот плоский лист на самом деле
является четырёхмерным объектом.

Вы можете иметь ещё одну брану,
Вселенную, параллельную нашей.

Тогда это направление и будет
представлять пятое измерение.

Когда вы здесь стоите или сидите,
вы испытываете физическое пространство,

будучи запертыми в нашей Вселенной.

Но как же мы узнаем,
что есть ещё другое измерение?

Вот в чём вопрос.

Ключ к этому лежит в рассмотрении

воздействия гравитации на свет.

Я расскажу вам об исследовании,
проведённом астрономом Чарльзом Китоном

и мной с использованием подхода
гравитационных линз.

Мы попытались выяснить, можно ли узнать
о существовании пятого измерения.

История начинается с Большого взрыва.

В ранней Вселенной
температуры были очень высокими.

Вселенная была исключительно плотной,

и эта плотность была неоднородной.

Области с большей плотностью
сжались ещё больше

и образовали чёрные дыры.

В этой среде сформировались
микроскопические чёрные дыры.

В частности,

если Вселенная пятимерна,

то тогда чёрные дыры формировались бы
в пятимерном мире-бране.

Если Вселенная четырёхмерна,

то тогда формировались бы

обычные микроскопические чёрные дыры,

известные нам из теории Эйнштейна.

Вопрос в том,
как отличать их друг от друга.

Стратегия состоит в том, чтобы попытаться
найти чёрную дыру в мире-бране,

ища последствия её влияния на свет.

Наш подход к этой задаче —

использовать очень простой закон

о поведении этих объектов
начиная с ранней Вселенной до наших дней.

Это связано со следующей проблемой.

Представьте себе чёрную дыру
размером с атомное ядро,

но с массой астероида.

Это очень мощный объект.

Такие объекты, сформировавшиеся
в ранней Вселенной,

по теории Эйнштейна

к сегодняшнему дню
уже бы не существовали,

потому что они очень горячие

и излучают энергию
согласно определённому закону.

Этот закон определяется
четырёхмерными свойствами

теории Эйнштейна.

Но если эта микроскопическая
чёрная дыра пятимерна,

если она сформировалась
в соответствии с теорией мира-браны,

она была бы холоднее

и поэтому не исчезла бы
к настоящему моменту,

если бы её масса
не превышала массу астероида.

Идея состоит в том,
что сегодня такие объекты

с точки зрения мира-браны
могут существовать.

Мы хотим узнать, как они будут
воздействовать на свет.

Основная идея такова:

представьте себе стоячий пруд,

в который вы бросаете камень.

От него пойдёт рябь,

и эта рябь как раз и будет
тем ключевым следом,

главным последствием
влияния этих чёрных дыр.

Таким же образом будут выглядеть
и волны, испускаемые наружу.

Там будут пики и спады,
и под конец они полностью затухнут.

Чёрные дыры мира-браны
будут вести себя так же.

Вот рисунок, изображающий,
как выглядели бы их следы и воздействия.

Они отличаются от тех,
которые создавались бы звездой,

от тех, что упоминаются
в статье Эйнштейна,

потому что чёрная дыра мира-браны
микроскопична, но весит очень много.

У неё может быть очень сильное
гравитационное поле.

Глядя на этот рисунок на заднем плане,

можно предсказать,
какой от него будет след.

Вот как он выглядит.

Он будет вести себя как волна.

Вы увидите такие колебания.

Если там нет чёрной дыры мира-браны,

вы увидите постоянно спадающий сигнал.

Мы связали вопрос
о дополнительном измерении

с вопросом о поиске объекта
из этого дополнительного измерения,

а именно микроскопической
чёрной дыры из мира-браны.

Мы можем отследить её
по её воздействию на свет.

Такое предсказание уже доступно
современным технологиям.

Уже сейчас у нас есть спутник на орбите,
космический телескоп Ферми.

Он может измерять энергии
в очень широком диапазоне,

а именно, в интервале 200 МэВ.

Мы считаем, что эта рябь
должна существовать

именно в этом диапазоне энергии.

Вот что мы утверждаем:

если мы найдём свидетельство
существования этой ряби,

оно будет свидетельствовать
в пользу пятимерной модели Вселенной.

Когда-то люди думали, что Вселенная

обладает определёнными свойствами,
и начинали при этом с Земли.

В старые времена, помните,
Вселенная состояла из Земли и звёзд,

и все думали, что Земля плоская,

а потом появилась дерзкая идея о том,
что она шарообразная.

Я считаю, что сейчас мы
в похожей ситуации:

если будет найдено свидетельство
о пятом измерении,

людям придётся столкнуться
с полной сменой парадигмы

в нашем понимании реальности.

Спасибо.

(Аплодисменты)