Dodatkowe wymiary

Pytanie

Pyta Sebastian

Od pewnego czasu interesuję się różnymi teoriami na temat innych wymiarów, chyba każda zakłada istnienie ich nieskończonej ilości. I zastanawia mnie obecnie gdzie, czy też w czym, takie wymiary miałyby się znajdywać, i na jakiej zasadzie pojawiać się w założeniach takich teorii?

Odpowiedź

Odpowiada prof. Piotr Sułkowski

Rzeczywiście fizycy rozważają teorie w których istnieją dodatkowe wymiary. Natomiast, po pierwsze, zazwyczaj rozważa się skończoną liczbę takich dodatkowych wymiarów. Po drugie, co bardzo ważne, istnienie dodatkowych wymiarów nie musi być założeniem teorii — w pewnych przypadkach jest ono przewidywaniem danej teorii. Tak jest np. w przypadku teorii strun, której przewidywaniem jest istnienie 10 wymiarów, czy też 11-wymiarowej M-teorii uogólniającej teorię strun; w tych przypadkach istnienie dodatkowych wymiarów jest konsekwencją pewnych efektów mechaniki kwantowej. W tym kontekście rozważanie dodatkowych wymiarów nie jest zatem fanaberią, ale, można powiedzieć, koniecznością — jeśli z jakichś innych istotnych powodów wynika, że dana teoria może być istotna w opisie przyrody, a następnie okazuje się, że teoria ta przewiduje istnienie dodatkowych wymiarów, to w jakiś sposób należy wyjaśnić, czemu tych wymiarów na co dzień nie obserwujemy oraz jaki wpływ może mieć ich istnienie na świat przez nas obserwowany. Podstawowym założeniem w tym kontekście jest to, że takie dodatkowe wymiary są bardzo małe (np. każdy z nich wygląda jak okrąg o bardzo małym promieniu), na tyle, że w praktyce nie jesteśmy w stanie ich dostrzec; można jednakże zastanawiać się nad konsekwencjami istnienia takich „małych” dodatkowych wymiarów. Takim właśnie zagadnieniom poświęcona jest duża część wysiłku fizyków zajmujących się teorią strun lub pokrewnymi teoriami.

W pewnych przypadkach, np. rozważając teorie cząstek elementarnych uogólniające Model Standardowy, po prostu zakłada się istnienie dodatkowych wymiarów i bada konsekwencje takiego założenia. Zazwyczaj jednak — być może milcząco — w takich przypadkach też się przyjmuje, że takie dodatkowe wymiary pojawiają się nie bez przyczyny, i można je utożsamić z wymiarami przewidywanymi przez teorię strun.