FIZYKA W WYGIĘTEJ GEOMETRII CZASOPRZESTRZENI

    
Andsol [poza siecią – matematyk] na swoim blogu [ www.andsol.blox.pl ] rozważał ostatnio problem udziału kobiet w naukach ścisłych np. w matematyce. Dyskutujący milcząco założyli , że  udział pań w tego rodzaju twórczości jest nikły i przeszli do tropienia przyczyn tego zjawiska.
Jestem innego zdania.

Jeśli ten udział mierzyć wielkością geniuszu i dziełami, a nie liczbą osobników płci pięknej , to w skutkach dla postępu nauk ścisłych – panie biją na głowę panów.
Przywołam w tym wpisie Amerykankę – Lisę Randall, fizyka matematycznego, która została uznana w roku 2007 przez magazyn Times jedną ze 100 najbardziej wpływowych osób w świecie nauki [1].

 

 

Urodziła się w 18.VI.1962 w Queens w Nowym Jorku, jako „cudowne dziecko” w dziedzinie matematyki ,ukończyła w wieku 17 lat Stuyvesant High School,w wieku 18 lat zajęła pierwsze miejsce w Westinghouse Science Talent Search, a doktorat obroniła na Uniwersytecie Harvarda, gdzie obecnie jest profesorem fizyki teoretycznej.

Porównywana jest do Emmy Nether, co do rodzaju geniusza matematycznego, i jest powodem do wielkiej nadziei i dumy nauki amerykańskiej[oczekiwanie na pierwszego kobiecego nobla amerykańskiego, właśnie dla niej !], ma najczęściej na świecie cytowane prace, jej wizja fizyki ma szansę otwarcia nowej epoki tej nauki.
 
Lisa Randall pracuje w teorii cząstek elementarnych z wyraźnym skłonem do kosmologii.
Ale do tej kosmologii wnosi własną ideę zjednoczenia dwóch „skrzydeł” fizyki współczesnej: fenomenologicznych modeli doświadczalnych , z abstrakcyjnymi   teoriami strun ,a dokładnie – z teorią bran  i fizyki na branach.
Wspólnie z Ramanem Sundrumem, przedstawiła w 1999 roku [2] 5-wymiarową wygiętą geometrię czasoprzestrzeni [5-dimensional warped geometry theory] w zastosowaniu do modelu pojawienia się naszego wszechświata i jego stanu aktualnego, oraz stanu końcowego.
 

 

Gdybym napisał, że nie jestem entuzjastą teorii strun ,to byłaby cieniutka prawda: ja wręcz nie lubię tego podejścia do zagadnień funkcjonowania wszechświata, w którym się znajdujemy, i uważam je za ślepy zaułek, do którego próbują wtrącić matematycy- fizykę.
 

Tymczasem, to co robi [ i  rezultaty tego co robi] Lisa Randall ze swą szkołą, wzbudzają mój podziw i uznanie dlatego, że jej dokonania zmieniają nasze rozumienie materii, przestrzeni i oddziaływań.

 

Według Lisy R. żyjemy na 3-wymiarowej branie [4-wymiarowej,jeśli dodamy czas],która jest zanurzona w 4-wymiarowej przestrzeni [czyli 5-wymiarowej czasoprzestrzeni],ale ten czwarty wymiar przestrzenny jest bezpośrednio niewidoczny.

Jest on nieskończony i „wygięty” lub „zakrzywiony”, ale parametr charakteryzujący tę krzywiznę jest inny od tego, jaki występuje w geometrii rozmaitości Riemanna, lub w geometrii Schwarzschilda, w związku z czym metryka w tej „wygiętej” przestrzeni ma klasyczną formę pomnożoną przez czynnik wykładniczy.
         Wykładniczo malejący czynnik jest zależny od czwartego wymiaru przestrzeni [ piątego czasoprzestrzeni ] i powoduje wykładniczy spadek funkcji falowej Schroedingera w miarę jak w tym wymiarze zmieniamy położenie obiektu fizycznego.
 

Tym samym, w 5-wymiarowej wygiętej czasoprzestrzeni [zwanej antydesitterowską , zobacz.poz.3 ,s.130-135] grawitacja, masy i energie cząstek elementarnych, rozmiary obiektów są lokalnymi własnościami.

Są różne , w różnych miejscach  5-wymiarowej zakrzywionej czasoprzestrzeni.

 

Toteż  uogólniona zasad kosmologiczna kopernikańska , która mówi;
 

Wszechświat jest z grubsza jednorodny i izotropowy
 

zostaje w fizyce Lisy Randall zakwestionowana.
 

Jeżeli dokonamy 3-wymiarowych cięć w piątym wymiarze czasoprzestrzeni antydesitterowskiej, to dla każdego cięcia[przekroju] otrzymamy  np. prawo grawitacji inne, od postaci podanej przez Newtona.
 

Przemieszczanie się w 5-tym wymiarze [4-tym przestrzennym] jest równoważne stosowaniu przez człowieka różnych energii. Fizyka cząstek elementarnych wykonuje od stu lat nieustanny marsz do coraz to większych energii, i odkrywa coraz to owe cząstki. W modelu 5-wymiarowej „wygiętej” geometrii  Lisy Randall  nie ma w tym nic zaskakującego.
To są nowe cięcia wszechświata antydesitterowskiego, zaglądamy do innych wszechświatów dzięki ukrytemu wymiarowi przestrzeni.

Lisa Randall i jej współpracownicy przewidują ,że przy energii rzędu 10 TeV [dostępnej dla LHC] odkryjemy fascynujące cząstki Kaluzy-Kleina, oraz cząstki będące super-partnerami dla fotonu i grawitonu.
 

Wyraźny i realny związek modelu czasoprzestrzeni Lisyy Randall z ukrytym 5-tym wymiarem, z fizyką eksperymentalną,  decyduje o mojej przychylności dla tego modelu i moim zainteresowaniu nim.
 

Toteż z satysfakcją przyjąłem fakt wydania przez oficynę Prószyński i S-ka popularnej pracy Lisy Randall : „Warped Passages” ,w   wielce znamienitej serii :Na ścieżkach nauki” [4].
 

 

Wprawdzie polski tytuł publikacji ,   nie jest zgodny  z tytułem oryginału , lecz z podtytułem:
„Unraveling the Mysteries of the Universes Hidden Dimensions”,

lecz ten szczegół nie może ostudzić mojej radości z faktu , że rodzima literatura popularnonaukowa została wzmocniona tak znakomitym dziełem.
 

Użyty w tytule oryginału termin :„pasaż” jest wieloznaczny, lecz „duch” tego terminu jest jeden : przejście.
A przejścia mogą być w architekturze, muzyce, medycynie, geografii fizycznej.
 

Książka Lisy Randall jest  o „przejściach” w zakrzywionym , piątym wymiarze , z jednej brany czterowymiarowej do drugiej  w różnych modelach wszechświata tworzonych przez fizykę współczesną.
Tak książka powinna być wydana u nas kilka lat temu ,gdyż amerykańskie wydanie oryginale opublikowane zostało w 2005 roku.

Spełnia najważniejsze kryterium wybitnych prac prezentujących popularnie - lecz ściśle - fronty badań teoretycznych nowej fizyki : opisuje własne badania i poszukiwania wiedzy o tajemnicach wszechświata.

Literatura
[1] Time 100." Time Magazine May 14, 2007: 108
[2]L.Randall,R.Sandrum,Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension Physical Review Letters  ,83 (17): 3370–3373, arXiv:hep-ph/9905221
Dla znających fizykę na poziomie wyższym szczególnie polecam prace:
[2a] A. Karch and L. Randall, "Localized Gravity in String Theory", Phys.Rev.Lett. 87 061601 (2001)
http://arxiv.org/abs/hep-th/0105108
[2b]  L. Randall, Matthew D. Schwartz, , "Discretizing Gravity in Warped Spacetime", Journal-ref: JHEP 0510 (2005) 110, http://lanl.arxiv.org/abs/hep-th/0507102
[2c] L. Randall, G. Servant, "Gravitational Waves from Warped Spacetime", hep-ph/0607158 (2006), http://lanl.arxiv.org/abs/hep-ph/0607158
[2d]M. R. Buckley, Lisa Randall, "Xogenesis" (2010), http://arXiv.org/abs/1009.0270
[3] M.Heller, Osobliwy wszechświat,PWN,Warszawa,1001
[4]L.Randall,Ukryte wymiary wszechświata, Prószyński i Ska,Warszawa,2011 [tytuł oryginału: Warped Passages]