Теория Калуцы-Кляйна

По иронии судьбы, сегодня Принстонский университет является одним из наиболее 
активных центров изучения гиперпространства. Ирония заключается в том, что 
здесь провел последние десятилетия своей жизни Эйнштейн, яростно сопротивляясь 
развитию квантовой механики и других дисциплин, которые могли бы вытеснить его 
теорию относительности.
В 1919 году Теодор Калуца, математик из Кенигсбергского университета, написал 
Эйнштейну письмо с предложением объединить теорию гравитации Эйнштейна с 
теорией света Максвелла путем введения пятого измерения — гиперпространства.
Калуца предлагал универсальную теорию поля, согласно которой свет является 
колебанием гиперпростанства. Уравнения гравитационного поля Эйнштейна, 
переписанные для пяти измерений вместо четырех, согласовались с теорией света 
Максвелла, таким образом, появилась возможность объединить две величайшие 
теории поля, известные науке.
Свет, таким образом, является искривлением гиперпространства. Эйнштейн 
откладывал публикацию статьи Калуцы в течение двух лет. Впервые концепция 
пятого измерения была использована для создания законов физики.
Пятое измерение сложно описать. Движение по нему — это движение по кругу. 
Топологическим эквивалентом пятимерного мира является цилиндр.
Другая проблема состоит в том, что пятое измерение слишком мало, поэтому его 
нельзя измерить. Оно коллапсировало в ничтожно малый круг, радиус которого 
намного меньше радиуса атома. Тем не менее это же измерение позволяет нам 
путешествовать назад и вперед во времени.
Так как физики не могут измерить пятое измерение, его существование не может 
быть доказано. Хотя идея пятого измерения позволила геометрически описать 
существующие в природе силы, как теория она умерла уже в 30-х годах нашего века.
 Интерес к ней проснулся лишь через 60 лет, на протяжение которых физики были 
увлечены квантовой теорией.



Теория суперструны

Одной из наиболее значительных фигур в мире теоретической физики сегодня 
является Эдвард Уиттен из Принстонского университета. Развитая им теория 
суперструны (она была создана в 1968 году Венециано и Соцоки) объединяет теорию 
гравитации Эйнштейна с квантовой физикой. Одним из ее интересных аспектов 
является утверждение, что струны могут самопоследовательно вибрировать в десяти 
и двадцати шести измерениях. Никакое другое число измерений в данную 
математическую модель не укладывается.
Важность теории суперструны состоит в том, что она одновременно объясняет 
природу пространства-времени и материи. С ее помощью Уиттен пытается даже 
определить момент сотворения мира.

Материя в форме частиц является попросту модами струны. Так как диаметр этой 
струны приблизительно в 10
20
меньше диаметра протона, каждой моде ее вибрации соответствует отдельная 
частица.

Субатомные частицы, которые мы изучаем в физических лабораториях, в 
действительности частицами не являются. Наши электронные микроскопы 
недостаточно мощны для того, чтобы показать, что исследуемые нами частицы на 
самом деле являются тонкой вибрирующей струной. Модель вселенной, состоящей из 
бесконечного числа вибрирующих струи, можно сравнить с хорошо организованным 
оркестром, исполняющим симфонию.
Так как струна движется в пространстве-времени, она может разбиваться на 
меньшие струны или, объединяясь с другими струнами, образовывать струны большей 
длины. Факт, что эти квантовые движения конечны и измеримы, дает квантовую 
теорию гравитации, к которой не удается перейти ни в теории Эйнштейна, ни в 
теории Калуцы-Кляйна.
Эти струны не могут произвольно перемещаться в пространстве-времени подобно 
частицам; они подчиняются широкому набору условий самопоследовательности. 
Интересно, что поиск выражений для этих условий привел к уравнениям Эйнштейна. 
Возможность получить уравнения Эйнштейна из теории струны доказывает, что 
уравнения Эйнштейна не являются фундаментальными.
Теория струны соединила существующую в квантовой физике концепцию 
гравитационной силы как дискретных пакетов энергии с эйнштейновской теорией 
вибрирующего пространства-времени. Особенность теории струны состоит в том, что 
струны не могут двигаться в трех или четырех измерениях. Условия 
самопоследователыюсти требуют, чтобы струна двигалась либо в десяти, либо в 
двадцати шести измерениях.
В 1984 году Джон Шварц из Калифорнийского технологического университета и Майкл 
Грин из Колледжа Королевы Марии в Лондоне доказали, что теория струны отвечает 
всем условиям самопоследовательности.
Возникает вопрос: почему струна? Основная строительная единица жизни на нашей