¿Cómo definir dimensiones *dinámicas*?

Estoy considerando un modelo de juguete simple. El espacio-tiempo es plano con d dimensiones del espacio. Usando coordenadas cartesianas, la métrica del espacio-tiempo es minkowskiana:

(1) d s 2 = d t 2 d X 1 2 d X 2 2 d X 3 2 d X d 2 .
Un campo escalar sin masa Φ se está propagando en ese espacio-tiempo de acuerdo con la siguiente PDE:
(2) 2 Φ t 2 2 Φ X 1 2 2 Φ X 2 2 2 Φ X 3 2 2 Φ X d 2 = 0.
Por supuesto, d 1 es cualquier número entero . Pero, ¿y si se convierte en una variable dinámica, dependiente del valor de Φ ? No estoy considerando una extensión a valores reales; d seguiría siendo un número entero, pero eso podría variar de un lugar a otro en el espacio-tiempo: d = 1 en algún parche del espacio-tiempo mientras d = 2 o d = 3 en otras partes del espacio-tiempo. La coincidencia de los límites de los parches podría hacerse un poco como una cadena sin grosor ( d = 1 ) adquiriendo un espesor suave (superficie cilíndrica; d = 2 ), luego obteniendo un bulto ( d = 3 ), etc., pero no estoy seguro de que esto tenga algún sentido.

¿Cómo podríamos dar sentido a esta idea de una dimensión dinámica del espacio-tiempo y definir la dinámica de d ahora considerado como una especie de nuevo campo escalar? (¿restringido en números enteros?).

Al presentar algunos factores de escala variable, estaba pensando en una métrica infinita como esta:

(3) d s 2 = d t 2 a 1 2 ( t , X ) d X 1 2 a 2 2 ( t , X ) d X 2 2 a 3 2 ( t , X ) d X 3 2 a 4 2 ( t , X ) d X 4 2 ,
dónde a i ( t , X ) son nuevas variables dinámicas y i = 1 , 2 , 3 , , . En un espacio unidimensional ( d = 1 ), a i = 0 para todos i = 2 , 3 , , . Si el espacio es bidimensional ( d = 2 ), entonces a i = 0 para todos i = 3 , 4 , , , etc.

Estoy "visualizando" estas dimensiones dinámicas como una infinidad de bucles cerrados; 0 X i < 2 π , todo fluctuando a pequeña escala ( a i aleatoriamente pulsante y oscilante, tal que a i 0 para la mayoría i > 1 ), luego explota repentinamente si el campo escalar Φ obtiene un alto valor especial, a nivel local o global. Cuando el espacio-tiempo está obteniendo (o perdiendo) alguna dimensión espacial local nueva (antigua), definiría una transición de fase dimensional .

¿Cómo podríamos obtener las ecuaciones de Einstein (o FLRW) para una métrica tan infinita como la (3) anterior, especialmente si a i depende de t ¿solo? ¿Esta idea ya fue considerada antes?

Tu idea me intriga, pero creo que estás haciendo las cosas menos elegantes y eso no es buena señal. Personalmente, el único caso en el que veo la dimensionalidad del espacio-tiempo como una variable es en la teoría de cuerdas, donde analizar el movimiento de la cuerda en el espacio-tiempo plano D-dimensional es equivalente a considerar D campos escalares libres en un espacio-tiempo bidimensional (objetivo). . Al corregir la libertad de calibre, se obtiene el número crítico de tales campos escalares, es decir, la dimensionalidad D. La mala noticia es que este no es un lugar para compartir sus ideas personales e investigaciones futuras, ¡pero espero que esto lo ayude un poco!
AFAIK, la teoría de cuerdas utiliza un número finito de dimensiones ( d = 10 , 11 o 26 ?). La idea que me gustaría explorar es un número infinito de dimensiones variables (es decir, dinámicas). Esta idea me parece muy atractiva, como una extensión "natural" de la Relatividad General clásica . Estoy intrigado por la naturaleza entera de las dimensiones del espacio-tiempo, y "veo" una especie de analogía con el número cuántico radial de los espectros atómicos (hidrógeno). Energía mi norte es mayor para valores grandes de norte = 1 , 2 , 3 , , . En nuestro espacio-tiempo; d = 3 , el número de dimensiones es bastante "de baja energía".
La Relatividad General funciona bien en cualquier número de dimensiones, pero tiene algunas propiedades muy especiales en D=4 que hacen que el Universo... sea habitable. En cualquier caso, siempre puedes trabajar en D=p+q dimensiones (p dimensiones espaciales y q temporales) con los aspectos de la Relatividad General funcionando perfectamente bien. Tener un número infinito de dimensiones produce muchos ceros e infinitos. Tomemos por ejemplo el potencial gravitacional newtoniano. Sería idénticamente cero en un número infinito de dimensiones y la gravedad ya no importaría.
@PanosC., GR habitual asume que las dimensiones del espacio-tiempo son fijas , es decir, no dinámicas. ¿Por qué un fijo d en el "universo" más general? donde el valor de d viene de ? No creo que haya ninguna constante universal verdadera en la naturaleza, solo cantidades dinámicas interrelacionadas. Por supuesto, esto es pura especulación, pero esto sigue siendo física. Me pregunto si hay estudios/teorías/publicaciones sobre un número infinito de dimensiones dinámicas.

Respuestas (1)

Puedo decirle lo que necesita preguntar en Math SE para resolver esta pregunta, es si una "variedad impura" es siempre la "unión disjunta" de "variedades puras". Que yo sepa, no hay una forma sencilla de pegar una línea en una esfera, por ejemplo.

Sospecharía firmemente que lo es, porque creo que uno no podría hacer que los gráficos de coordenadas locales cruzaran de un espacio a otro, lo que creo que significaría que, considerando todas las esferas abiertas de dominios de coordenadas en la esfera, uno tiene la esfera como un conjunto abierto, y considerando las bolas abiertas de dominios de coordenadas en la línea, uno tiene la línea como un conjunto abierto y, por lo tanto, el espacio está desconectado como una unión de dos conjuntos abiertos.

Dicho esto, si todo lo que le importa son las teorías de campo, ¿por qué no intentar simular algo donde el espacio es de dimensiones superiores pero el campo simplemente tiene regiones donde no varía con X 1 ?

De la métrica (3) en mi pregunta, ya considero una variedad superior (de infinitas dimensiones), en la que los factores de escala a i podría variar. Esa variedad es una especie de "ancilla", o un truco para realizar las dimensiones dinámicas.