Пространство, в котором мы живём, кажется трёхмерным. Но когда физики пытаются примирить гравитацию с квантовой механикой, привычные измерения начинают вести себя странно. В новой работе учёные показали, что для описания массивной частицы с учётом квантовых эффектов гравитации естественно добавить ещё два измерения.
В основе лежит идея индийского физика Та́ну Падманабха́на: на очень малых расстояниях само пространство перестаёт быть гладким. Возникает минимально возможная длина — квант пространства. Обычный пропагатор (математический объект, описывающий движение частицы из точки в точку) перестаёт работать. Падманабхан предложил новый, «дуально-инвариантный» пропагатор, который учитывает эту зернистость. Авторы статьи перевели эту конструкцию на язык теории поля — и обнаружили, что она эквивалентна обычной свободной массивной частице, но в пространстве на два измерения больше.
Такой подход не требует вводить сложные взаимодействия или новую физику — только расширить арену. Это похоже на то, как тень трёхмерного объекта на стене может выглядеть сложно, но в полном объёме всё становится проще. Здесь роль «стены» играет наше привычное пространство, а «объём» — мир с двумя дополнительными измерениями. Модель ограничена поправками порядка квадрата минимальной длины, но уже показывает, как квантовая гравитация может проявляться в низкоэнергетических эффектах.
Идея дополнительных измерений не нова: ещё в 1920-х годах Теодор Калуца и Оскар Клейн пытались объединить гравитацию и электромагнетизм, добавив пятое измерение, свёрнутое в крошечную петлю.
В романе «Чёрный человек» Александра Громова герои используют дополнительные измерения для мгновенной связи — подобно тому, как здесь дополнительные измерения служат каналом для квантовых флуктуаций.