Ko darīt, ja es jums teiktu, ka mūsu Visumu pārpludina simtiem veidu gandrīz neredzamas daļiņas un ka šīs daļiņas jau sen izveidoja Visumu aptverošo virkņu tīklu?
Tas izklausās gan nepatīkami, gan satriecoši, taču patiesībā tas ir stīgu teorijas pareģojums, mūsu labākais (bet nomācoši nepilnīgais) mēģinājums teorētiski pamatot visu. Šīs savādās, kaut arī hipotētiskās, mazās daļiņas ir zināmas kā aksijas, un, ja tās var atrast, tas nozīmētu, ka mēs visi dzīvojam plašā "aksiālā vidē".
Labākā šīs teorijas daļa ir tā, ka tā nav tikai dažu fiziķu krēsla hipotēze, bez iespējas pārbaudīt. Šis neizprotami milzīgais virkņu tīkls tuvākajā nākotnē var būt nosakāms ar mikroviļņu teleskopiem, kas faktiski tiek būvēti.
Ja tas tiktu atrasts, axiverse mums dotu būtisku soli uz priekšu, lai izdomātu ... nu, visas fizikas, mīklu.
Stīgu simfonija
Labi, ķersimies pie biznesa. Pirmkārt, mums ir mazliet labāk jāiepazīst aksiācija. Aksijs, kuru 1978. gadā nosauca fiziķis (un vēlāk arī Nobela prēmijas laureāts) Frenks Vilczeks, iegūst savu nosaukumu, jo tiek izvirzīts pieņēmums, ka tas pastāv no noteikta veida simetrijas sagraušanas. Es zinu, es zinu - vairāk žargonu. Uzgaidi. Fizikiem patīk simetrijas - kad matemātikā parādās noteikti paraugi.
Pastāv viena veida simetrija, ko sauc par CP simetriju, kas saka, ka matērijai un antimateriālam vajadzētu izturēties vienādi, kad to koordinātas tiek mainītas. Bet šī simetrija, šķiet, dabiski neiederas spēcīgā kodolenerģijas teorijā. Viens no šīs mīklas risinājumiem ir ieviest Visumā citu simetriju, kas "izlabo" šo nepareizo izturēšanos. Tomēr šī jaunā simetrija parādās tikai pie ārkārtīgi augstām enerģijām. Ikdienas zemajā enerģijā šī simetrija izzūd, un, ņemot vērā to, iznāk, ka parādās jauna daļiņa - aksiācija.
Tagad mums jāgriežas pie stīgu teorijas, kas ir mūsu mēģinājums (un tas jau 50 gadus ir bijis mūsu galvenais mēģinājums) apvienot visus dabas spēkus, īpaši gravitācijas spēkus, vienā teorētiskā ietvarā. Ir pierādīts, ka tā ir īpaši sarežģīta problēma, kuru var atrisināt dažādu faktoru dēļ, starp kuriem nav mazsvarīgs iemesls, lai stīgu teorija darbotos (citiem vārdiem sakot, lai matemātikai būtu pat cerība uz darbu), mūsu Visumam jābūt vairāk nekā parasti trim telpas un laika dimensijām; jābūt papildu telpiskajiem izmēriem.
Šīs telpiskās dimensijas, protams, nav redzamas ar neapbruņotu aci; pretējā gadījumā mēs būtu pamanījuši šāda veida lietas. Tāpēc papildu izmēriem jābūt maziem un pusotriem, un tie ir jāpieloka pie sevis tik mazos svaros, ka tie izvairās no parastiem centieniem tos pamanīt.
Tas apgrūtina to, ka mēs neesam precīzi pārliecināti, kā šīs papildu dimensijas pieliekas sev, un ir kaut kur aptuveni 10 ^ 200 iespējamo veidu, kā to izdarīt.
Bet tas, kas šiem dimensiju sakārtojumiem, šķiet, ir kopīgs, ir aksiju esamība, kas stīgu teorijā ir daļiņas, kas apvij sevi ap dažām krokainajām dimensijām un iestrēgst.
Vēl jo vairāk, stīgu teorija neprognozē tikai vienu asi, bet potenciāli simtiem dažādu veidu, pie dažādām masām, ieskaitot aksi, kas varētu parādīties spēcīgā kodolieroču teorētiskajās prognozēs.
Muļķīgas stīgas
Tātad, mums ir daudz jauna veida daļiņu ar visdažādākajām masām. Lieliski! Vai aksiumi varētu veidot tumšo vielu, kas, šķiet, ir atbildīga par galaktiku lielāko daļu masas, bet to nevar noteikt ar parastajiem teleskopiem? Varbūt; tas ir atklāts jautājums. Bet aksioniem kā tumšajai matērijai ir jāsaskaras ar dažiem izaicinošiem novērojumu testiem, tāpēc daži pētnieki tā vietā koncentrējas uz aksonu saimes gaišāko galu, izpētot veidus, kā tos atrast.
Un, kad šie pētnieki sāk iedziļināties šo spalvu aksiju prognozētajā uzvedībā agrīnajā Visumā, viņi atrod kaut ko patiesi ievērojamu. Agrākajos mūsu kosmosa vēstures brīžos Visums izgāja fāzu pārejas, mainot visu tā raksturu no eksotiskiem, enerģijas ar lieliem stāvokļiem uz regulāriem zemas enerģijas stāvokļiem.
Vienā no šīm fāžu pārejām (kas notika, kad Visums bija mazāks par otro vecumu) stīgu teorijas aksiumi neparādījās kā daļiņas. Tā vietā viņi izskatījās kā cilpas un līnijas - vieglu, gandrīz neredzamu virkņu tīkls, kas šķērso kosmosu.
Šo hipotētisko asiversu, kas piepildīta ar dažādām vieglām aksiālo virkņu virknēm, prognozē nevis cita fizikas teorija, bet stīgu teorija. Tātad, ja mēs noteiktu, ka mēs dzīvojam ass virzienā, tas būtu liels ieguvums stīgu teorijai.
Gaismas maiņa
Kā mēs varam meklēt šīs aksiālās virknes? Modeļi paredz, ka aksiālo virkņu masa ir ļoti maza, tāpēc gaisma neieslīgst aksiālā un saliektajā stāvoklī, vai aksiācijas, iespējams, nesajauksies ar citām daļiņām. Tagad Piena ceļā varētu būt miljoniem aksionu virkņu, un mēs tos neredzētu.
Bet Visums ir vecs un liels, un mēs to varam izmantot savā labā, it īpaši, ja mēs atzīstam, ka Visums ir arī izgaismots.
Kosmiskais mikroviļņu fons (CMB) ir visvecākā gaisma Visumā, ko izstaro, kad tā bija tikai bērniņš - apmēram 380 000 gadu vecs. Šī gaisma ir iemērc Visumu visus šos miljardus gadu, filtrējot caur kosmosu, līdz tā beidzot kaut ko sasniedz, piemēram, mūsu mikroviļņu teleskopus.
Tātad, kad mēs skatāmies uz CMB, mēs to redzam miljardiem gaismas gadu vērtā Visuma. Tas ir tāpat kā skatīties, kā lukturītim mirdz cauri daudzām zirnekļtīklām: Ja ir aksiācijas virkņu tīkls, kas ir vītņots caur kosmosu, mēs tos potenciāli varam pamanīt.
Nesenā pētījumā, kas 5. decembrī tika publicēts arXiv datu bāzē, pētnieku trio aprēķināja, kāda ietekme axiverse būtu uz CMB gaismu. Viņi atklāja, ka atkarībā no tā, kā nedaudz gaismas iziet netālu no noteiktas aksiācijas virknes, šīs gaismas polarizācija varētu mainīties. Tas ir tāpēc, ka CMB gaisma (un visa gaisma) ir veidota no elektrisko un magnētisko lauku viļņiem, un gaismas polarizācija mums norāda, kā ir orientēti elektriskie lauki - kaut kas mainās, kad CMB gaisma sastopas ar asi. Mēs varam izmērīt CMB gaismas polarizāciju, izejot signālu caur specializētiem filtriem, ļaujot mums izvēlēties šo efektu.
Pētnieki atklāja, ka kopējā ietekme uz CMB no Visuma, kas pilns ar virknēm, izraisīja polarizācijas nobīdi aptuveni 1% apmērā, kas ir tieši uz robežas ar to, ko mēs šodien varam atklāt. Bet pašreiz tiek izstrādāti nākamie CMB kartētāji, piemēram, kosmiskās izcelšanās pētnieks, Lite (Light) satelīts B režīma polarizācijas un inflācijas pētījumiem no kosmiskā fona radiācijas noteikšanas (LiteBIRD) un Primordial Inflation Explorer (PIXIE). Šie futūristiskie teleskopi spētu izšņaukt kādu asi. Kad šie kartētāji būs tiešsaistē, mēs vai nu uzzināsim, ka mēs dzīvojam ass virzienā, vai arī izslēdzam šo stīgu teorijas paredzēšanu.
Katrā ziņā ir daudz, ko atvienot.
Pols M. Sutters ir astrofiziķis plkstOhaio štata universitāte,Jautājiet kosmosa darbiniekam unKosmosa radio, un autorsTava vieta Visumā.
