Vai agrīnajam Visumam bija tikai viena telpiskā dimensija? Tāda ir prātam neaptverama koncepcija, kas ir tās teorijas pamatā, kuru 2010. gadā ierosināja fiziķis Dejans Stojkovičs no Bufalo universitātes un kolēģi. Viņi ieteica, ka agrīnais Visums - kas eksplodēja no viena punkta un sākumā bija ļoti, ļoti mazs - bija viendimensionāls (piemēram, taisna līnija) pirms paplašināšanas, iekļaujot tajā divas dimensijas (piemēram, plakni) un pēc tam trīs (piemēram, pasaule, kurā mēs šodien dzīvojam).
Teorija, ja tā ir derīga, pievērsīsies nozīmīgām problēmām daļiņu fizikā.
Tagad jaunā žurnālā Physical Review Letters Stojkovic un Loyola Marymount universitātes fiziķis Jonas Mureika apraksta testu, kas varētu pierādīt vai atspēkot hipotēzi par “izzušanu”.
Tā kā gaismas un citu viļņu pārvietošanās uz Zemi prasa laiku, kosmosa kosmoss, kas atrodas kosmosā, būtībā var atskatīties uz laiku, pārbaudot Visuma ārējo robežu.
Gravitācijas viļņi nevar pastāvēt vienas vai divu dimensiju telpā. Tā Stojkovičs un Mureika ir argumentējuši, ka plānotajai starptautiskajai gravitācijas observatorijai ar lāzera interferometra kosmosa antenu (LISA) nevajadzētu atklāt gravitācijas viļņus, kas rodas no agrīnā Visuma zemāko dimensiju laikiem.
Stojkovičs, fizikas profesora asistents, saka, ka dimensiju attīstības teorija atspoguļo radikālu pāreju no tā, kā mēs domājam par kosmosu, - par to, kā izveidojās mūsu Visums.
Pamatideja ir tāda, ka telpas dimensija ir atkarīga no novērojamās telpas lieluma, ar mazākām telpām, kas saistītas ar mazākām dimensijām. Tas nozīmē, ka ceturtā dimensija tiks atvērta - ja tā vēl nav bijusi -, kad Visums turpina paplašināties.
Teorija arī liek domāt, ka kosmosam ir mazāk dimensiju pie ļoti augstām enerģijām, kas saistītas ar agrīno, pēc lielā sprādziena Visumu.
Ja Stojkovicam un viņa kolēģiem ir taisnība, viņi palīdzēs risināt pamatproblēmas ar daļiņu fizikas standarta modeli, ieskaitot šādus:
Kvantu mehānikas un vispārējās relativitātes nesaderība. Kvantu mehānika un vispārējā relativitāte ir matemātiski ietvari, kas apraksta Visuma fiziku. Kvantu mehānika labi raksturo Visumu ļoti mazos mērogos, savukārt relativitāte ir laba, lai aprakstītu Visumu lielos mērogos. Pašlaik abas teorijas tiek uzskatītas par nesavienojamām; bet, ja visumam viszemākajos līmeņos būtu mazāk dimensiju, matemātiskās neatbilstības starp abiem ietvariem izzustu.
Fiziķi novēroja, ka Visuma paplašināšanās paātrinās, un viņi nezina, kāpēc. Jaunu dimensiju pievienošana, pieaugot Visumam, izskaidro šo paātrinājumu. (Stojkovic saka, ka ceturtā dimensija, iespējams, jau ir atvērta lielos, kosmoloģiskos mērogos.)
Daļiņu fizikas standarta modelis paredz vēl neatklātu elementāru daļiņu, ko sauc par Higsa bozonu, esamību. Tomēr, lai standarta modeļa vienādojumi precīzi aprakstītu novēroto reālās pasaules fiziku, pētniekiem mākslīgi jāpielāgo Higsa bozona masa mijiedarbībai starp daļiņām, kas notiek ar lielu enerģiju. Ja kosmosam ir mazāk dimensiju pie lielām enerģijām, tad šāda veida “noregulēšana” pazūd.
"Tas, ko mēs šeit ierosinām, ir paradigmas maiņa," sacīja Stojkovičs. "Fiziķi ir cīnījušies ar tām pašām problēmām 10, 20, 30 gadus, un ticams, ka esošo ideju paplašinājumi tās neatrisinās."
“Mums jāņem vērā iespēja, ka kaut kas sistemātiski nav kārtībā ar mūsu idejām,” viņš turpināja. "Mums ir vajadzīgs kaut kas radikāls un jauns, un tas ir kaut kas radikāls un jauns."
Tā kā plānotā LISA ieviešana vēl aizvien ir gadu attālumā, var paiet ilgs laiks, līdz Stojkovičs un viņa kolēģi varēs savas idejas pārbaudīt šādā veidā.
Tomēr daži eksperimentāli pierādījumi jau norāda uz zemākas dimensijas telpas iespējamu eksistenci.
Konkrēti, zinātnieki ir novērojuši, ka kosmisko staru daļiņu galvenā enerģijas plūsma ar enerģiju, kas pārsniedz 1 teraelektronvolt - tāda veida liela enerģija, kas saistīta ar ļoti agrīno Visumu - ir izlīdzināta gar divdimensiju plakni.
Ja lielās enerģijas atbilst zemākas dimensijas telpai, kā ierosina “izzūdošo dimensiju” teorija, pētniekiem, kas strādā ar lielās hadronu sadursmes daļiņu paātrinātāju Eiropā, šādās enerģijās vajadzētu redzēt planētu izkliedi.
Štoikovičs saka, ka šādu notikumu novērošana būtu “ļoti aizraujošs, neatkarīgs mūsu piedāvāto ideju pārbaudījums”.
Avoti: EurekAlert, Fiziskā apskata vēstules.
