Российские физики провели исследование, которое может изменить представление о времени, пространстве и материи

Работа опубликована в RENSIT: Radioelectronics. Nanosystems. Information Technologies. Идея о взаимосвязи пространства и времени восходит к работам Германа Минковского, который в 1908 году предложил концепцию пространственно-временного континуума. «Никто никогда не наблюдал», — сказал Минковский, «никакого места, кроме как в какой-то момент времени, и никакого времени, кроме как в каком-то месте».

Минковский называет точку в пространстве, соответствующую данному моменту времени, «мировой точкой», а совокупность всех мировых точек, — кратко «миром». Таким образом, любое тело, существующее в течение некоторого времени в пространстве, будет соответствовать определенной кривой — мировой линии. «…Весь мир, кажется, распадается на такие мировые линии», — продолжает Минковский свою речь… «физические законы могли бы найти свое наиболее совершенное выражение как соотношение между этими мировыми линиями».

Его работа положила начало теории относительности, в которой пространство и время рассматриваются как единое целое. В дальнейшем, Вольфганг Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, который стал краеугольным камнем квантовой механики. Однако до сих пор оставались вопросы о том, как расширить эти концепции в более высокие размерности и как они соотносятся с другими физическими величинами, такими как масса и интервал.

Принцип неопределенности Гейзенберга — это фундаментальный принцип квантовой механики, который утверждает, что невозможно одновременно точно определить пару связанных переменных, таких как положение и импульс частицы.

В своей недавней работе российские ученые предложили ввести дополнительные соотношения неопределенности, связывающие массу и интервал, в расширенной модели пространства.  Это 5-мерная модель расширенного пространства (МРП), в которой к трем пространственным координатам и времени одной временной добавлена масса  добавлен интервал как 5 координата. В ней В данной модели соотношение между энергией, импульсом и массой оказывается частным случаем теоремы Пифагора в 5-мерном пространстве сопряженном к координатному пространству.

Представленная в работе (1+4)D модель расширенного пространства  основывается на  физической гипотезе, состоящая в том, что масса (масса покоя) и сопряженная ей величина – действие (интервал) являются динамическими переменными. Величины этих переменных определяется определяются взаимодействием полей и частиц. Модель расширенного пространства является непосредственным обобщением Специальной теории относительности (СТО).

В СТО интервал и масса покоя частиц являются инвариантами, а МРП они могут меняться. На основе сделанных предположений в МРП построены расширенные уравнения Максвелла, которые наряду с электромагнитным взаимодействием описывают также и гравитационные эффекты, а также имеют структуру, похожую на релятивистское обобщение уравнения Шредингера в свободном от поля пространстве в форме уравнения Клейна-Гордона.

«Наше исследование подчеркивает важность дополнительных измерений в физике и показывает, что традиционные представления о массе и интервале могут быть значительно расширены. Мы надеемся, что это приведет к новым открытиям в области квантовой механики и теории поля», — рассказал Евгений Седельников, доцент кафедры общей физики МФТИ.

Новизна исследования заключается в том, что принцип неопределенности расширяется на вводимые в модели дополнительные координаты – интервал и массу, которые до сих пор рассматривались как инвариантные величины.

Модель расширенного (1+4)D пространства  была создана уже более 25 лет назад – вспоминает доцент кафедры общей физики МФТИ Дмитрий Ципенюк: «В свое время после выхода очередной нашей статьи посвященной развитию различной аспектов нашей модели я три раза ходил к академику В.Л. Гинзбургу и рассказывал ему наши работы – два раза до присуждения В.Л. Гинзбургу Нобелевской премии и один раз после. Виталий Лазаревич каждый раз внимательно около часа выслушивал меня и каждый раз старался помочь – отводил к своим коллегам или сотрудникам для более детального изучения наших статей. Однажды встретив меня на своем знаменитом семинаре в ФИАНЕ Виталий Лазаревич одобрительно похлопал по плечу и сказал «а пятимерное пространство, давай».

 Если новый подход окажется правильным, то это приведет к большей геометризации физики, чем та, которая была достигнута в теории относительности Эйнштейна. Всю физику в расширенной модели пространства можно понимать как прикладную геометрию.