Космология бран относится к ряду теорий в физике частиц и космологии, связанных с теорией струн, суперструнной теорией и M-теорией.
Брана и объем
Центральная идея заключается в том, что видимое четырехмерное пространство-время ограничено браной внутри пространства более высокой размерности, называемого «объемом». Если дополнительные размерности компактны, то наблюдаемая Вселенная содержит дополнительную размерность, и в этом случае ссылка на объем неуместна. В модели объема, по крайней мере, некоторые дополнительные размерности обширны, и другие браны могут двигаться через этот объем. Взаимодействия с объемом, и возможно с другими бранами, могут влиять на нашу брану и тем самым вводить эффекты, не наблюдаемые в более стандартных космологических моделях.
Почему гравитация слаба, а космологическая постоянная мала
Некоторые версии космологии бран, основанные на идее больших дополнительных размерностей, могут объяснить слабость гравитации относительно других фундаментальных сил природы, тем самым решая проблему иерархии. В картине браны электромагнитная, слабая и сильная ядерная сила локализованы на бране, но гравитация не имеет такого ограничения и распространяется во всем пространстве-времени. Большая часть гравитационной притягивающей силы «утекает» в объем. В результате сила гравитации должна казаться значительно сильнее на малых масштабах, где меньше гравитационной силы «утекло». В 2004 году проводились эксперименты для проверки этого. Расширения идеи больших дополнительных размерностей с суперсимметрией, по-видимому, обещают решить так называемую проблему космологической постоянной.
Модели космологии бран
Одна из самых ранних попыток применить космологию бран в качестве концептуальной теории относится к 1983 году. Авторы обсуждали возможность того, что Вселенная имеет дополнительные размерности, но обычные частицы ограничены в узкой области вдоль пространственных направлений и плоской вдоль трех других, и предложили конкретную пятимерную модель. В 1998/99 годах ученый опубликовал ряд работ, в которых предполагал, что если рассматривать Вселенную как тонкую оболочку, расширяющуюся в пятимерном пространстве, существует возможность получения единой шкалы для теории частиц, соответствующей пятимерной космологической постоянной и толщине Вселенной, тем самым решая проблему иерархии. Также было показано, что четырехмерность Вселенной является результатом требования стабильности, найденного в математике. В 1999 году физики предложили тесно связанные сценарии. Эти конкретные модели космологии бран привлекли значительное внимание. Например, связанная модель, которая имеет применения для моделирования пространства-времени, последовала в 2000 году. Позже появились экпиротическая и циклическая теории. Экпиротическая теория предполагает, что происхождение наблюдаемой Вселенной произошло при столкновении двух параллельных бран.
Эмпирические тесты
На данный момент не сообщалось о каких-либо экспериментальных или наблюдательных доказательствах больших дополнительных размерностей. Анализ результатов экспериментов в декабре 2010 года сильно ограничивает возможность образования микроскопических черных дыр в теориях с большими дополнительными размерностями. Событие, зарегистрированное в 2017 году, также использовалось для установления ограничений на большие дополнительные размерности.