Брандық космология: жоғары өлшемді кеңістіктегі мембраналар, суперстрингиялық теория, M-теория. Әлемнің құрылымы, басқа мембраналармен өзара әрекеттесу.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Брандық космология – бөлшек физикасы және космология салаларындағы суперстрюнг теориясы мен М теориясымен байланысты бірнеше теориялар.
Several theories in particle physics and cosmology related to superstring theory and M theory
Brane cosmology refers to several theories in particle physics and cosmology related to string theory, superstring theory and M theory.
Бран және сыйымдылық
Негізгі идеясы – көрінетін, үш өлшемді ғалам жоғары өлшемді кеңістіктің ішіндегі бранмен шектелген, бұл кеңістік "бұқаралық" (сонымен қатар "гиперкеңістік" деп те аталады) деп аталады. Егер қосымша өлшемдер ықшам болса, онда байқалатын ғаламда қосымша өлшем болады, сондықтан бұқаралыққа сілтеме жасау қажет емес. Бұқаралық модельде кем дегенде бірнеше қосымша өлшемдер кең (мүмкін шексіз) және басқа брандар осы бұқаралық арқылы қозғалуы мүмкін. Бұқаралықпен, және мүмкін басқа брандармен өзара әрекеттесу біздің бранға әсер ете алады, осылайша стандартты космологиялық модельдерде көрінбейтін эффектілер туындайды.
The central idea is that the visible, three dimensional universe is restricted to a brane inside a higher dimensional space, called the "bulk" (also known as "hyperspace"). If the additional dimensions are compact, then the observed universe contains the extra dimension, and then no reference to the bulk is appropriate. In the bulk model, at least some of the extra dimensions are extensive (possibly infinite), and other branes may be moving through this bulk. Interactions with the bulk, and possibly with other branes, can influence our brane and thus introduce effects not seen in more standard cosmological models.
Неліктен гравитация әлсіз және космологиялық тұрақты аз ?
Брандық космологияның кейбір нұсқалары, үлкен қосымша өлшем идеясына негізделген, табиғаттың басқа негізгі күштеріне қатысты гравитация күшінің әлсіздігін түсіндіре алады, осылайша иерархия мәселесін шешеді. Брандық модельде электромагниттік, әлсіз және күшті ядролық күш бранда локалдануы мүмкін, бірақ гравитация күші мұндай шектеулерге ұшырамайды және толық кеңістік-уақытта, яғни "көлемде" таралады. Гравитациялық тартымдылықтың көп бөлігі көлемге "сиып" кетеді. Осының салдарынан, гравитация күші кішкентай (субатомдық немесе кем дегенде миллиметрлік) масштабтарда айтарлықтай күшті болуы керек, себебі онда аз ғана гравитациялық күш "сиып" шыққан. Қазіргі уақытта осыны тексеру үшін түрлі эксперименттер жүргізілуде. Көлемде суперсимметриясы бар үлкен қосымша өлшем идеясының кеңейтілген нұсқалары, космологиялық тұрақты деп аталатын мәселені шешуде үміт береді.
Some versions of brane cosmology, based on the large extra dimension idea, can explain the weakness of gravity relative to the other fundamental forces of nature, thus solving the hierarchy problem. In the brane picture, the electromagnetic, weak and strong nuclear force are localized on the brane, but gravity has no such constraint and propagates on the full spacetime, called the bulk. Much of the gravitational attractive power "leaks" into the bulk. As a consequence, the force of gravity should appear significantly stronger on small (subatomic or at least sub millimetre) scales, where less gravitational force has "leaked". Various experiments are currently under way to test this. Extensions of the large extra dimension idea with supersymmetry in the bulk appear to be promising in addressing the so called cosmological constant problem.
Брандық космологияның модельдері
Тұжырымдамалық теорияның бір бөлігі ретінде брандық космологияны қолданудың ең алғашқы құжатталған әрекеттерінің бірі 1983 жылы жасалған. Авторлар Ғаламның өлшемдері бар екенін, бірақ қалыпты бөлшектер кеңістіктік бағыттар бойынша тар, ал қалған үш бағыт бойынша тегіс болатын әлеуеттік құдыққа шектелгенін талқылады және белгілі бір бес өлшемді модель ұсынды. 1998/99 жылдары Мераб Гогобрашвили arXiv-те бірнеше мақала жариялады, онда Ғаламды 5 өлшемді кеңістікте кеңейіп жатқан жұқа қабық (математикалық синоним "бран") ретінде қарастырса, 5 өлшемді космологиялық тұрақты мен Ғаламның қалыңдығына сәйкес келетін бөлшектер теориясының бір шкаласын алуға және осылайша иерархия мәселесін шешуге болатынын көрсетті. Гогобрашвили сондай-ақ Ғаламның төрт өлшемділігі математикадағы тұрақтылық талабының нәтижесі екенін көрсетті, себебі Эйнштейннің өріс теңдеулерінің қосымша компоненті материя өрістері үшін шектелген шешімді береді, бұл тұрақтылық шарттарының бірімен сәйкес келеді. 1999 жылы тығыз байланысты Рандалл-Сандрум сценарийлері, RS1 және RS2 ұсынылды. (РС1 туралы техникалық емес түсіндірме үшін Randall-Sundrum моделін қараңыз). Брандық космологияның бұл ерекше модельдері көп назар аударды. Мысалы, 2000 жылы кеңістік-уақыт метрикасын жасауға қолданылатын Чунг Фриз моделі пайда болды. Кейіннен экпиротикалық және циклдік ұсыныстар енгізілді. Эпиротикалық теория байқалатын Ғаламның екі параллель бранның соқтығысуынан пайда болғанын болжайды.
One of the earliest documented attempts to apply brane cosmology as part of a conceptual theory is dated to 1983. The authors discussed the possibility that the Universe has dimensions, but ordinary particles are confined in a potential well which is narrow along spatial directions and flat along three others, and proposed a particular five dimensional model. In 1998/99, Merab Gogberashvili published on arXiv a number of articles where he showed that if the Universe is considered as a thin shell (a mathematical synonym for "brane") expanding in 5 dimensional space then there is a possibility to obtain one scale for particle theory corresponding to the 5 dimensional cosmological constant and Universe thickness, and thus to solve the hierarchy problem. Gogberashvili also showed that the four dimensionality of the Universe is the result of the stability requirement found in mathematics since the extra component of the Einstein field equations giving the confined solution for matter fields coincides with one of the conditions of stability. In 1999, there were proposed the closely related Randall–Sundrum scenarios, RS1 and RS2. (See Randall–Sundrum model for a nontechnical explanation of RS1). These particular models of brane cosmology have attracted a considerable amount of attention. For instance, the related Chung Freese model, which has applications for spacetime metric engineering, followed in 2000. Later, the ekpyrotic and cyclic proposals appeared. The ekpyrotic theory hypothesizes that the origin of the observable universe occurred when two parallel branes collided.
Эмпирикалық сынақтар
Қазіргі уақытқа дейін Randall-Sundrum модельдеріне сәйкес келетін үлкен қосымша өлшемдердің эксперименталдық немесе байқаулық дәлелдері жарияланған жоқ. 2010 жылдың желтоқсанындағы Үлкен адрондық коллайдер нәтижелерінің талдауы үлкен қосымша өлшемдер теорияларында пайда болатын қара тесіктерге қатысты шектеулер енгізеді. Соңғы GW170817 көп хабаршы гравитациялық толқын құбылысы да үлкен қосымша өлшемдерге әлсіз шектеулер қоюға пайдаланылды.
As of now, no experimental or observational evidence of large extra dimensions, as required by the Randall–Sundrum models, has been reported. An analysis of results from the Large Hadron Collider in December 2010 severely constrains the black holes produced in theories with large extra dimensions. The recent multi messenger gravitational wave event GW170817 has also been used to put weak limits on large extra dimensions.