Можно ли жить за пределами нашей Вселенной по другим законам.

9 июня 2026 г.

Можно ли жить за пределами нашей Вселенной по другим законам.

Жизнь за пределами нашей Вселенной: физики изучают возможность жизни во вселенных по законам, которые отличаются от наших собственных

 

**"Существует ли где-нибудь в нашей Вселенной жизнь" - загадка давняя. Но некоторых ученых сегодня интересует вопрос: может быть жизнь во Вселенной существенно отличается от нашей?
**
Окончательный ответ на этот вопрос невозможен, поскольку у нас нет возможности непосредственного изучения других вселенных. Однако космологи полагают, что множество других вселенных существует, причем каждая из них по своим собственным законам физики.

Недавно ученые в Массачусетском технологическом институте показали, что в теории, альтернативные вселенные могут быть весьма благоприятными для жизни, даже если их физические законы сильно отличаются от наших собственных.

Профессор физики из Массачуссетского технологического института (MIT - Massachusetts Institute of Technology) Роберт Джаффе, бывший сотрудник MIT Алехандро Дженкинс, и недавний выпускник MIT Итамар Кимчи показали, что вселенные, которые отличаются от наших, имеют в себе элементы, аналогичные углероду, водороду и кислороду, и поэтому там могут развиваться формы жизни очень похожие на наши. Даже тогда, когда массы элементарных частиц, существенно меняются, жизнь все равно способна сформироваться.

"Возможности органической химии во Вселенной не сникают из-за изменений этих масс", говорит Дженкинс.

Множественная Вселенная

Современная космологическая теория утверждает, что наша Вселенная может быть лишь одной из громадной коллекции вселенных, известной как Мультиленная (Мультиверс). Физик Алан Гут из Массачуссетского технологического института предположил, что новые вселенные (известные как "карманные вселенные"), создаются непрерывно, вот только увидеть их из нашей Вселенной нельзя.

С этой точки зрения, "природа в неустанных попытках. Вселенная — это эксперимент, который повторяется снова и снова, каждый раз с несколько иными физическими законами, или, даже, существенно другими физическими законами", говорит Джаффе.

Некоторые из этих вселенных могут разрушиться сразу после формирования. В случае с другими, силы, действующие между частицами будут настолько слабы, что они не смогут привести к атомам или молекулам. Однако, если условия будут подходящими, материя станет объединятся в галактики и планеты, и, если в этих мирах присутствовали «правильные» элементы, разумная жизнь сможет эволюционировать.

Некоторые физики теоретизируют, что во вселенных, в которых законы физики могут поддерживать жизнь "как нужно", и что если они хоть немного отличаются от нашего мира, разумная жизнь была бы невозможна. В этом случае наши физические законы могут быть объяснены "антропно", что означает, что они таковы, потому что в противном случае, их никто не будет замечать.

Джаффе и его коллеги посчитали, что такое гипотетическое антропное объяснение должно подвергаться очень тщательному анализу, и решили понять, могут ли вселенные с другими физическими законами поддерживать жизнь.

 

Дополнительные измерения

Геометрия и физика: связь через размерность пространства

Идея о существовании дополнительных измерений пространства выходит за рамки традиционного представления о мире, состоящем из трёх пространственных и одного временного измерения. Однако в контексте теоретической физики, особенно в рамках объединяющих теорий, таких как теория струн и теория Калуцы — Клейна, возникает необходимость рассматривать более высокомерные пространства.

В этих подходах дополнительные измерения — это компактные, свернутые измерения, не наблюдаемые напрямую в повседневной жизни. Эти измерения могут быть свернуты на масштабе порядка планковской длины lP ∼ 10−35 м, что делает их недоступными для прямого экспериментального исследования, но их эффекты могут проявляться в физике высоких энергий и космологии.

Модель Калуцы — Клейна

Одним из первых подходов к объединению гравитации и электромагнетизма была пятимерная теория Калуцы — Клейна, где предполагалось, что пространство-время имеет дополнительное измерение, свернутое в окружность:

_x_5 ∼ x_5 + 2_πR

Пятимерная метрика в такой теории распадается на:

• четырёхмерную метрику gμν, соответствующую гравитации;

• векторное поле Aμ, интерпретируемое как электромагнитное поле;

• скалярное поле ϕ, называемое дилатоном.

Таким образом, из одного гравитационного поля в 5D получается гравитация + электромагнетизм + скалярное поле в 4D. Это было первым указанием на то, что дополнительные измерения могут объяснять структуру взаимодействий.

Дополнительные измерения в теории суперструн

Теория суперструн, претендующая на роль квантовой теории гравитации, требует десяти измерений (девять пространственных + одно временное) для математической непротиворечивости. В этих теориях считается, что 6 пространственных измерений компактны и формируют калаби-яу многообразия — сложные геометрические объекты, сохраняющие ???? = 1 суперсимметрию в 4D.

Свертка (компактификация) этих измерений приводит к огромному числу возможных вакуумов (ландшафт теории струн), каждый из которых может давать разную физику в нашем 4D мире: разные калибровочные группы, константы взаимодействий, количество поколений фермионов и др.

Ключевой аспект — модули (moduli): скалярные поля, описывающие размеры и формы компактных измерений. Их стабилизация необходима для предсказуемости теории.

ADD-модель: большие дополнительные измерения

В рамках модели Аркани-Хамеда, Димопулоса и Двали (ADD), предложенной в 1998 году, предполагается существование больших дополнительных измерений, доступных только гравитации. Стандартная модель частиц ограничена 4-мерным браном (brane), тогда как гравитоны могут распространяться в объёме всего многомерного пространства (bulk).

Гравитационная сила в D = 4 + n измерениях убывает по закону:

 

А наблюдаемая слабость гравитации в 4D обусловлена утечкой гравитонов в дополнительные измерения. Масштаб фундаментальной гравитации MD может быть понижен до  ∼ 1 TeV, что устраняет проблему иерархии между планковской и электрослабой шкалой:

_M_Pl2 ∼ _MD_2 + nRn

Для n = 2 размер дополнительных измерений R ∼ 0, 1 мм, что близко к текущим пределам гравитационных экспериментов на малых расстояниях.

RS-модель: искривлённые дополнительные измерения

Модель Рэндалл — Сундрума (RS), предложенная в 1999 году, использует одномерное дополнительное измерение, но с нестандартной геометрией (искривлённый AdS_5-пространство):

ds_2 = e−2_k|y|ημνdxμdxν + _dy_2

Фактор e−2_k_|y| подавляет масштабы на “физическом” бране, создавая экспоненциальное разрешение проблемы иерархии. Масштаб гравитации в 5D может быть порядка TeV, при этом мы наблюдаем ослабленную 4D гравитацию.

В RS1-модели между двумя бранами (Planck и TeV) возникает спектр резонансных гравитонов, которые могут наблюдаться на коллайдерах как новые массивные спины-2.

Экспериментальные следствия

Дополнительные измерения, особенно при низких масштабах компактификации, могут давать наблюдаемые эффекты в экспериментах высоких энергий:

• появление резонансов гравитонов — спин-2 частицы с массами в пределах до нескольких ТэВ;

• отклонения от закона гравитации на микрометровых расстояниях;

• потери энергии в недетектируемые состояния (гравитоны в bulk) на коллайдерах;

• изменение сечения процессов в столкновениях частиц при включении виртуальных гравитонов;

• изменения в астрофизических наблюдениях, например, охлаждение сверхновых через излучение в bulk.

Поиск таких эффектов ведётся на ускорителях, в экспериментах по микроскопической гравитации и в астрофизике. В частности, данные LHC ставят жёсткие ограничения на размер дополнительных измерений: при n = 2 радиусы компактификации R < 10−4 мм, а нижняя граница на MD достигает нескольких ТэВ.

Дополнительные измерения и космология

Дополнительные измерения могут существенно влиять на раннюю Вселенную:

• изменяется динамика инфляции при наличии bulk-скалярных полей;

• возможно появление космологических дефектов (доменные стены, струны), связанных с компактифицированными измерениями;

• генерация барионной асимметрии и тёмной материи может происходить в bulk или на других бранах;

• модификации уравнений Фридмана приводят к новым сценариям расширения Вселенной.

Особое внимание уделяется бранной космологии, где наша Вселенная — это 3-брана в многомерном пространстве. Такие подходы позволяют описывать эффект темной энергии, модифицируя стандартную космологию ΛCDM.

Калибровочные теории и геометрия

В контексте теории струн и M-теории калибровочные взаимодействия (электрослабое и сильное) могут геометрически возникать из обмоток D-бран вокруг определённых циклов компактного пространства. Группы калибровочных симметрий определяются гомологическими свойствами многомерий.

Таким образом, дополнительные измерения геометризуют не только гравитацию, но и другие фундаментальные взаимодействия, что восходит к идее Эйнштейна о геометрическом единстве природы.

Технические сложности и нерешённые вопросы

Несмотря на успехи, множество вопросов остаются открытыми:

• Стабилизация модулей: необходимо объяснить, почему размеры и формы компактных измерений постоянны.

• Суперсимметрия: в большинстве моделей требуется для устойчивости компактификации и решения проблем иерархии.

• Существование подходящего вакуума в ландшафте теории струн, совместимого с наблюдаемым миром.

• Совместимость с квантовой гравитацией и черными дырами, включая испарение в bulk.

• Эффективность механизмов генерации масс и структуры поколений в таких теориях.

Продолжение экспериментального поиска и теоретическая работа над этими аспектами являются ключевыми задачами современной физики высоких энергий.