В квантовой гравитации исчезают размерности пространства

        
 При исследовании различных моделей квантовой гравитации ученые натолкнулись на любопытный эффект. Эффект сокращения пространственных измерений на микроскопических масштабах длин. Они недавно обратили внимание, что несколько различных квантовых теорий гравитации предсказывают одинаковое странное поведение квантов гравитационного поля. На микроскопических масштабах кванты поля начинают вести себя так, словно их мир становится одномерным. Этот эффект позволил объединить все эти теории, в основу которых положены совершенно различные физические идеи. Статья Стивена Карлипа, сотрудника Калифорнийского университета, объясняющая этот эффект опубликована на arxiv.org/abs/1009.1136v1.

         Впервые эффект исчезновения измерений был обнаружен в 2005 году группой ученых под руководством Ренаты Лолл (Утрехтский университет, Нидерланды) при построении компьютерных моделей. Эта группа исследовала квантовую теорию гравитации, известную под названием Причинная динамическая триангуляция пространства-времени. Используя эту модель, они исследовали процесс случайного блуждания кванта гравитационного поля, определяя время его перехода из одной точки пространства в другую. Полученный ими результат оказался весьма неожиданным. Оказалось, что этот процесс идет намного быстрее на расстояниях, порядка планковских (10^-35м.). Это можно было объяснить, только используя предположение, что для кванта гравитационного поля пространство становится одномерным. Понятно, что чем меньше измерений, тем меньше времени надо частице, что бы в результате случайных блужданий попасть в заданную точку. Такой результат сначала было принять достаточно сложно. Но после работы Стивена Карлипа оказалось, что подобные эффекты имеют место в многих квантовых теориях гравитации. Анализ теорий на основе техники ренормгруппы показал, что подобное сокращение числа измерений может происходить на микроскопических расстояниях. «Поразительно, что различные подходы к проблеме, основанные на различных физических идеях, приводят к одному результату, - говорит Л.Модесто (Институт теоретической физики в Ватерлоо, Канада), - вполне возможно, что мы натолкнулись на главную особенность квантовой теории гравитации».

         Но каким образом измерения могут просто так исчезнуть? Стивен Карлип предполагает, что это можно понять, возвращаясь к идее «квантово-временной пены», предложенной в 1950-х годах Джоном Уилером. Уилер предположил, что квантовые флуктуации меняют геометрию пространства-времени, делая ее неоднородной в мелких масштабах. Но такая картина, являясь чисто качественной, не позволяет даже предположить на что это похоже. С. Карлип предполагает, что эта пена ведет себя подобно пространству-времени вблизи сингулярности черной дыры. Согласно Общей Теории Относительности вблизи сингулярности гравитация настолько сильна, что пространство-время становится сильно искаженным. При таких условиях свет так сильно искривлен, что может потребоваться бесконечное время, чтобы он попал в соседнюю точку пространства. Это означает, что граничные участки пространства-времени становятся причинно независимыми, что позволяет им расширяться независимо друг от друга и  независимо друг от друга взаимодействовать между собой. С. Карлип предполагает, что аналогичные процессы происходят и на микроскопических длинах. Другими словами, отдельные кванты пространства-времени могут расширяться и взаимодействовать друг с другом быстрее в одном измерении, чем в других. Таким образом, на этих расстояниях различные размерности разделяются. В результате, на очень коротких расстояниях частица движется так, словно она «живет» в одномерном пространстве. Однако, нужно учесть, что расширение различных пространственных измерений происходит хаотично, Тогда, если ждать достаточно долго или обратиться к макроскопическим масштабам, то окружающий мир эффективно станет трехмерным.