2666
Чому ми можемо рухатися в трьох просторових напрямках, а час для нас має лише один вимір? Це питання залишається однією з фундаментальних загадок фізики. Нова математична модель пропонує несподівану можливість: звичне поєднання трьох вимірів простору та одного часу могло виникнути завдяки тому, як складаються найдрібніші геометричні елементи Всесвіту.
Троє фізиків із Белградського університету змоделювали різні варіанти геометрії простору-часу за допомогою віртуальних чотиривимірних фігур. У результаті приблизно 85% певних симуляцій дали структуру, подібну до тієї, яку ми спостерігаємо в реальності. Водночас робота поки що є препринтом і не пройшла незалежного рецензування.
Всесвіт, складений із геометричних цеглинок
У звичному описі простір-час має чотири виміри: три просторові та один часовий. Цю картину пов’язують із Германом Мінковським, чий геометричний опис простору й часу став основою спеціальної теорії відносності Альберта Ейнштейна.
Для перевірки дослідники використали модель квантової гравітації, галузі теоретичної фізики, яка намагається описати гравітацію на квантовому рівні. У цій моделі простір-час складається з елементарних геометричних об’єктів, які називають симплексами. Найпростіший симплекс — точка, або нульвимірна вершина. Кілька вершин утворюють ребро, ребра — трикутник, трикутники — тетраедр, а тетраедри разом формують чотиривимірний 4-симплекс.
Вони створили моделі з приблизно 100 000 таких елементів і перевірили, як змінюється загальна геометрія залежно від їхніх розмірів і способу з’єднання. Довжину ребер змінювали випадково, а мінімальний масштаб обмежили планківською довжиною, приблизно (10^{-35}) метра. Саме на таких відстанях звичний опис простору як гладкого континууму може перестати працювати.
Команда перевірила три варіанти глобальної геометрії: чотиривимірну кулю з межею, чотиривимірну сферу без межі та набір не з’єднаних між собою симплексів. Загалом обчислення охопили понад 20 мільярдів оцінок. Ребра могли бути просторовими, часовими або їх поєднанням. Просторові інтервали задавали дійсними числами, а часові, уявними.
Чому виникли саме три виміри простору й один часу
Найцікавіший результат з’явився, коли всі ребра розглядали як просторові: приблизно у 85% таких симуляцій геометрія набувала сигнатури, що відповідає трьом просторовим і одному часовому виміру. Інші варіанти давали незвичні конфігурації. Приблизно 6% результатів відповідали чотиривимірному простору без часу, так званій евклідовій сигнатурі, а ще близько 8% давали два просторові та два часові виміри. Коли ж використовували часові ребра або їх поєднання з просторовими, модель могла формувати геометрії з двома чи навіть трьома часовими вимірами.
Виявилося, що для появи звичної структури простору-часу не обов’язково заздалегідь задавати часові ребра. Достатньо просторових елементів: через їхні різні довжини та спосіб геометричного поєднання може з’являтися напрямок, який математично відповідає часу. Глобальна форма моделі майже не впливала на результат, тож співвідношення простору й часу, імовірно, визначається локальними властивостями геометрії.
Однак результати не доводять, що реальний Всесвіт побудований саме так. Модель спрощена і не враховує всі фізичні закони та складні процеси космосу. Наступним кроком стане додавання фізичної динаміки та перевірка інших геометричних конфігурацій. Поки що це теоретична можливість, яка пропонує незвичний погляд: три виміри простору й один часу можуть виникати як результат самої квантової геометрії, а не бути заданими наперед.
Джерело: portaltele.com.ua
