Группа ученых под руководством физика Ричарда Пинчака изучила возможность того, что свойства материи и фундаментальных сил возникают из геометрии скрытых измерений, недоступных прямому наблюдению. Согласно предложенной учеными гипотезе, Вселенная включает не только привычные три пространственных измерения, но и скрытые «свернутые» формы — сложные семиразмерные объекты, так называемые G₂-многообразия. Прежде такие геометрические объекты рассматривались как статичные и неизменные. Авторы новой работы пошли дальше и изучили, что происходит, когда эти формы эволюционируют во времени благодаря математическому процессу под названием G₂-поток Риччи, который постепенно изменяет их внутреннюю геометрию.
«Как и в органических системах — например, в закручивании ДНК или хиральности аминокислот — эти многомерные структуры могут обладать торсией, своего рода внутренним скручиванием», — поясняет Пинчак. Когда физики смоделировали эволюцию таких «скрученных» форм, оказалось, что геометрия естественным образом приходит к устойчивым конфигурациям — солитонам. По словам ученых, эти солитоны могут дать чисто геометрическое объяснение таким явлениям, как спонтанное нарушение симметрии.
Особенно интригующим выглядит переосмысление природы массы. В Стандартной модели физики элементарных частиц масса возникает благодаря взаимодействию с полем Хиггса. Новая теория предлагает необычную альтернативу этому: согласно ей, масса может быть следствием торсии в геометрии дополнительных измерений. «В нашей модели материя возникает из сопротивления самой геометрии, а не из внешнего поля», — говорит Пинчак. Масса в таком случае отражает реакцию пространства-времени на собственную внутреннюю структуру.
На этом физики не остановились и связали геометрическую торсию с кривизной пространства-времени в космических масштабах. Такая связь может помочь объяснить положительную космологическую постоянную, ответственную за ускоряющееся расширение Вселенной. Кроме того, новая модель позволила предсказать существование неизвестной ранее частицы, связанной с торсией, — авторы исследования назвали ее «торстоном». Если эта частица реальна, ее можно будет обнаружить в будущих экспериментах.
Работа развивает идею Эйнштейна о геометрической природе гравитации. Если тяготение порождается геометрией, почему бы всем фундаментальным силам не иметь то же происхождение? «Природа часто предпочитает простые решения, — отмечает Пинчак. — Возможно, массы W- и Z-бозонов возникают не из знаменитого поля Хиггса, а непосредственно из геометрии семимерного пространства».
Ранее физики впервые пересмотрели фундаментальные основы термодинамики.
