Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком

Звучит, конечно, довольно странно. Но представить это можно так. Между двумя опорами давайте подвесим садовый шланг. Издали будет казаться, что это одномерный объект, по которому можно двигаться только туда-обратно. Однако, когда мы подойдём ближе, то разглядим, что у шланга есть ещё и толщина (а для наших червячков – ещё и ширина) и шланг на самом деле двумерный объект. Червячок, живущий на шланге, может двигаться не только вдоль него, но ещё и поперёк. Физики сказали бы, что это направление является скрученным и червячок, двигаясь поперёк шланга, вскоре вернётся в то же место, откуда он начал движение.

Точно так же и в нашем мире существует ещё одно пространственное измерение, компактизированное и скрученное.

Калуца сумел объединить две части пазла, так как обе они представляют собой части целого – пятимерного пространства. Его теория подтверждала идею червячков Римана, в которой все силы происходили от складок на смятом листе бумаги. Как и все великие идеи в физике, доводы Калуцы выглядели просто и элегантно.

В 1926 году, используя законы квантовой теории, математик Оскар Клейн подсчитал размер этого пятого измерения. Он оказался равным 10 в минус 33‑й степени сантиметра

, что делает его невозможным для обнаружения в экспериментах на Земле. Вольфганг Паули сказал об этой теории так: «Она даже на неправильную не тянет». Ведь любая теория в физике должна быть доступна для проверки. А проверить существование дополнительных измерений мы сможем, только достигнув энергии 10 в 19‑й степени млрд. эВ, что невозможно.

Несмотря на её красоту и математическую точность, о теории Калуцы – Клейна в 1930‑е годы забыли. Физики вернулись к ней через несколько десятилетий, когда уже были открыты и описаны слабое и сильное взаимодействие и идея объединить уже все четыре фундаментальные силы природы опять вошла в моду.

Знаменитые физики – основатели квантовой теории, о которых мы говорили ранее, тоже увлекались разработкой теории всего. В 1958 году Гейзенберг объявил по радио, что ему вместе с Паули наконец удалось завершить единую теорию поля, но им недостаёт лишь технических деталей. Когда газеты об этом написали, Паули пришёл в ярость. Ведь теория не была завершена! Паули отправил Гейзенбергу письмо. В конверте был чистый лист бумаги с подписью:

Это доказательство, что я умею рисовать, как Тициан. Недостаёт лишь технических деталей.

Физикам старой гвардии так и не удалось создать единую теорию. Ситуация изменилась в конце 1960‑х годов, когда двое физиков, Венециано и Сасскинд, показали формулу, которая способна описать все свойства частиц, участвующих в ядерных взаимодействиях. Их формула описывала основы нашего мира как что‑то похожее на резинку, которая может растягиваться, сжиматься, вибрировать. И измерений в пространстве получалось точно больше, чем три. Так возникла теория струн.

Давайте немного отвлечёмся. Раз уж рассуждаем о многих измерениях, поговорим о том, что бы мы могли делать, если бы оказались в четвёртом пространственном измерении.

Как я уже писала, идея существования четвёртого пространственного измерения впервые стала серьёзно обсуждаться в середине XIX века, после открытия геометрии Римана. Это стало модной темой, о которой дискутировали не только в университетах, но и в светских салонах. Идея четвёртого измерения будоражила умы физиков и художников, писателей и политиков.

Что можно делать в четвёртом измерении? Представим это по аналогии с тем, что мы способны делать с двумерными объектами из трёхмерного пространства.

Например, нам под силу приподнять объект с плоскости и положить его обратно на плоскость другой стороной. А из четвёртого измерения нам доступно поменять у человека правую и левую сторону местами, сделать у него сердце с правой стороны.

А ещё возможно вытащить монетку из запечатанной бутылки. Чудеса, да и только!

Сейчас некоторые утверждают, что они путешествуют в четвёртое, пятое и даже сороковое измерение. А попросите их показать какой‑нибудь трюк четвёртого измерения. Смогут ли они достать монетку из запечатанной бутылки?

В такой ситуации нельзя было терять ни минуты, и дух, прибегнув к четвёртому пространственному измерению, поспешно ретировался, исчезнув через деревянную стенную панель, после чего в доме всё стало тихо…

Оскар Уайльд. Кентервильское привидение

В четвёртом пространственном измерении и правда можно было бы проходить сквозь стены.

Четвёртое измерение, считают исследователи, оказало решающее влияние на развитие кубизма и экспрессионизма в живописи.