Введение
Несколько теорий в физике частиц и космологии, связанных с теорией суперструн и теорией М.
Космология бран относится к ряду теорий в физике частиц и космологии, связанных с теорией струн, теорией суперструн и теорией М.
Брань и объем
Центральная идея заключается в том, что видимая трехмерная Вселенная ограничена браной внутри пространства более высокой размерности, называемого "пространством-оболочкой" (также известным как "гиперпространство"). Если дополнительные измерения компактифицированы, то наблюдаемая Вселенная содержит эти дополнительные измерения, и тогда обращение к пространству-оболочке неуместно. В модели с пространством-оболочкой, по крайней мере, некоторые из дополнительных измерений являются протяженными (возможно, бесконечными), и другие браны могут двигаться сквозь это пространство-оболочку. Взаимодействия с пространством-оболочкой и, возможно, с другими бранами могут влиять на нашу брану и, таким образом, приводить к эффектам, не наблюдаемым в более стандартных космологических моделях.
Почему гравитация слаба, а космологическая константа мала?
Некоторые версии бранной космологии, основанные на идее больших дополнительных измерений, могут объяснить слабость гравитации по сравнению с другими фундаментальными силами природы, тем самым решая проблему иерархии. В бранной картине электромагнитное, слабое и сильное ядерное взаимодействия локализованы на бране, но гравитация не имеет таких ограничений и распространяется по всему пространству-времени, называемому объемом (или пространством-временем в объеме). Большая часть гравитационного притяжения "утекает" в объем. Как следствие, сила гравитации должна казаться значительно сильнее на малых (субатомных или, по крайней мере, субмиллиметровых) масштабах, где "утекло" меньше гравитационного притяжения. В настоящее время проводятся различные эксперименты для проверки этого. Расширения идеи больших дополнительных измерений с суперсимметрией в объеме представляются перспективными в решении так называемой проблемы космологической постоянной.
Модели космологии бран
Одна из самых ранних задокументированных попыток применить бранную космологию в рамках концептуальной теории датируется 1983 годом. Авторы обсудили возможность того, что Вселенная имеет измерения, но обычные частицы ограничены в потенциальной яме, которая узкая в пространственных направлениях и плоская вдоль трех других, и предложили конкретную пятимерную модель. В 1998/99 годах Мераб Гогобрашвили опубликовал на arXiv ряд статей, в которых он показал, что если рассматривать Вселенную как тонкую оболочку (математический синоним "бран"), расширяющуюся в 5-мерном пространстве, то появляется возможность получить единый масштаб для теории частиц, соответствующий 5-мерной космологической постоянной и толщине Вселенной, и таким образом решить проблему иерархии. Гогобрашвили также показал, что четырехмерность Вселенной является результатом требования стабильности, найденного в математике, поскольку дополнительный компонент уравнений поля Эйнштейна, дающий замкнутое решение для полей материи, совпадает с одним из условий стабильности. В 1999 году были предложены тесно связанные сценарии Рандалл-Сандрум, RS1 и RS2. (См. модель Рандалла-Сандрума для нетехнического объяснения RS1). Эти конкретные модели бранной космологии привлекли значительное внимание. Например, связанная модель Чунга-Фриза, которая имеет применение для конструирования пространственно-временных метрик, последовала в 2000 году. Позже появились экпиротические и циклические гипотезы. Экпиротическая теория предполагает, что происхождение наблюдаемой Вселенной произошло при столкновении двух параллельных бран.
Эмпирические испытания
На данный момент не получено никаких экспериментальных или наблюдательных подтверждений существования больших дополнительных измерений, как это предсказывается в моделях Рэндалла-Сандрума. Анализ результатов, полученных на Большом адронном коллайдере в декабре 2010 года, существенно ограничивает параметры черных дыр, возникающих в теориях с большими дополнительными измерениями. Событие GW170817, зарегистрированное с помощью нескольких каналов наблюдения гравитационных волн, также позволило установить слабые ограничения на размер больших дополнительных измерений.