Физики объяснили трехмерность пространства термодинамикой [Наука]

---

Двое мексиканских физиков — Хулиан Гонсалес-Айала и Фернандо Агуло-Браун — предложили механизм возникновения размерности три для пространственных измерений из термодинамических принципов. Препринт статьи доступен на сайте arXiv.org.

В трехмерности нашего мира можно убедиться, например, с помощью закона Кулона. Представим, что у нас есть единичный заряд. Тогда силовые линии, выходя из него, уходят на бесконечность, не пересекаясь. Если мы окружим заряд сферой, то увидим, что густота линий — а, значит, и напряженность поля — пропорциональна площади сферы.

Площадь сферы в n-мерном пространстве зависит от радиуса в степени n — 1. Прямые измерения показывают, что напряженность поля падает как квадрат радиуса, значит, размерность пространства — по крайней мере на доступных нам для измерения диапазонах расстояний — равна трем. Из-за этого при добавлении новых измерений в теории струн приходится требовать всякой экзотики — чтобы, например, лишние измерения были очень компактно свернуты, чтобы их наличие проявлялось только на очень малых расстояниях.

Однако, если размерность пространства три, то почему именно это число? Тот факт, что у нас есть одно временное и три пространственных измерений, можно вывести из антропного принципа (мы видим Вселенную такой, какой видим, просто потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель-человек). Скажем, Пауль Эренфест показал, что для одного временного и больше трех пространственных измерений орбиты планет вокруг звезд будут нестабильны, значит, жизнь в привычном нам виде в такой Вселенной невозможна. Есть похожие результаты для стабильности ядер и прочих физических процессов.

Работа мексиканских физиков не претендует на всеохватность предложенного в ней объяснения, но позволяет получить три пространственных и одно временное измерение пользуясь минимумом физических — принципами термодинамики — и некотором количестве естественных математических предположений. В работе авторы изучают поведение нескольких важных термодинамических характеристик вскоре после Большого взрыва (вскоре означает в работе, что квантовые эффекты уже перестали действовать, а гравитационные еще не начали).

Функции считались зависимыми от нескольких переменных, включая размерность, которая считалась непрерывным параметром. Оказывается, что одна из функций — плотность свободной энергии Гельмгольца Вселенной — ведет себя так: при n = 3 достигает максимума (по второму началу термодинамики). Для того, чтобы перейти к более высоким измерениям нужно, чтобы температура была выше критического значения. Если она ниже, то на размерности три все останавливается.

Андрей Коняев

То чувство, когда тебе слишком интересно, чтобы не дочитать до конца, но не хватает мозгов, чтобы осознать, что, собственно, прочитал.

Топик был перенесен из форума Наука / Технологии в форум Архив (Новости в сети)

A$taroth