一项新理论提出，宇宙的基本力和粒子性质可能源于隐藏额外维度的几何结构。这些维度可能会发生扭曲并随时间演化，形成能够自发产生质量和对称性破缺的稳定结构。这一方法甚至可能解释宇宙膨胀，并预言一种新粒子。这暗示了一个完全由几何构建的宇宙。
新的理论研究表明，自然界的基本行为可能直接源于时空结构，指出几何学是物理相互作用的共同起源。
隐藏维度与七维几何
在发表于《核物理B》的一篇论文中，物理学家理查德·平卡克及其合作者探讨了物质和力的性质是否可能源于日常空间之外不可见维度的几何结构。
他们的研究提出，宇宙包含无法直接观测的额外维度。这些维度可能是紧致的，并折叠成称为G2流形的复杂七维形状。迄今为止，此类几何结构通常被视为固定不变。这项新研究则探讨了当这些形状通过一种称为G2里奇流的数学过程随时间演化时会发生什么，该过程会逐渐改变其内部几何结构。
扭转几何与稳定结构
“正如在有机系统中，例如DNA的扭转或氨基酸的手性，这些额外维度结构也可以具有挠率，即一种内在的扭转，”平卡克解释道。这种挠率在几何结构内部引入了一种固有旋转。
当研究人员对这些扭曲形状随时间的演变进行建模时，他们发现几何结构可以自然地稳定成称为孤子的模式。“当我们让它们随时间演化时，我们发现它们可以稳定成称为孤子的构型。这些孤子可以为自发对称性破缺等现象提供纯几何解释。”
重新审视质量的起源
在粒子物理标准模型中，质量源于与希格斯场的相互作用，该场赋予了W玻色子和Z玻色子等粒子质量。这项新理论提出了一种不同的可能性。质量可能源于额外维度几何结构本身的挠率，而不必依赖于一个独立的场。
“在我们的图景中，”平卡克说，“物质源于几何结构本身的抵抗，而非源于外部场。”在这种观点下，质量反映的是时空对其自身内部结构的响应，而不是某种附加物理成分的影响。
宇宙膨胀与可能存在的新粒子
研究人员还将几何挠率与大尺度上的时空曲率联系起来。这种关系可能有助于解释与宇宙加速膨胀相关的正宇宙学常数。
除了这些宇宙学意义外，团队还推测存在一种与挠率有关的、前所未知的粒子，他们将其命名为“Torstone”（挠率石）。如果真实存在，它有望在未来的实验中被探测到。
拓展爱因斯坦的几何愿景
这项工作的更宏大目标是将爱因斯坦的思想推进一步。如果引力源于几何，作者们提出疑问：是否所有基本力都可能拥有共同的起源。正如平卡克所言：“大自然往往偏爱简单的解决方案。也许W玻色子和Z玻色子的质量并非来自著名的希格斯场，而是直接来自七维空间的几何结构。”
该文章发表在《核物理B》期刊上。
该研究由R3项目（编号09I03-03-V04-00356）资助。