Z tiskové zprávy University of Buffalo:
Měl raný vesmír jen jeden prostorový rozměr? To je ohromující koncept v srdci teorie, kterou fyzik Dejan Stojkovic z University v Buffalu a jeho kolegové navrhli v roce 2010. Navrhli, že raný vesmír – který explodoval z jediného bodu a byl zpočátku velmi, velmi malý – byl jednorozměrný (jako přímka) před rozšířením tak, aby zahrnoval dva rozměry (jako rovina) a poté tři (jako svět, ve kterém dnes žijeme).
Pokud by tato teorie platila, řešila by důležité problémy částicové fyziky.
Nyní, v novém článku ve Physical Review Letters, Stojkovic a fyzik z Loyola Marymount University Jonas Mureika popisují test, který by mohl potvrdit nebo vyvrátit hypotézu „mizejících rozměrů“.
Protože světlo a další vlny cestují k Zemi nějakou dobu, mohou se teleskopy nahlížející do vesmíru v podstatě dívat zpět do času, když zkoumají vnější dosahy vesmíru.
Gravitační vlny nemohou existovat v jednorozměrném nebo dvourozměrném prostoru. Stojkovic a Mureika tedy usoudili, že laserová interferometrová vesmírná anténa (LISA), plánovaná mezinárodní gravitační observatoř, by neměla detekovat žádné gravitační vlny vycházející z nižších dimenzí raného vesmíru.
Stojkovic, odborný asistent fyziky, říká, že teorie vyvíjejících se dimenzí představuje radikální posun od způsobu, jakým přemýšlíme o vesmíru – o tom, jak vznikl náš vesmír.
Základní myšlenkou je, že rozměrnost prostoru závisí na velikosti prostoru, který pozorujeme, s menšími prostory spojenými s menším počtem dimenzí. To znamená, že se otevře čtvrtá dimenze – pokud se tak již nestalo – jak se vesmír bude dále rozpínat.
Teorie také naznačuje, že prostor má méně dimenzí při velmi vysokých energiích druhu spojovaného s raným vesmírem po velkém třesku.
Pokud mají Stojkovic a jeho kolegové pravdu, pomohou vyřešit základní problémy se standardním modelem částicové fyziky, včetně následujících:
Neslučitelnost mezi kvantovou mechanikou a obecnou teorií relativity. Kvantová mechanika a obecná teorie relativity jsou matematické rámce, které popisují fyziku vesmíru. Kvantová mechanika je dobrá při popisu vesmíru ve velmi malých měřítcích, zatímco relativita je dobrá při popisu vesmíru ve velkých měřítcích. V současné době jsou tyto dvě teorie považovány za neslučitelné; ale kdyby měl vesmír na svých nejmenších úrovních méně dimenzí, matematické nesrovnalosti mezi těmito dvěma strukturami by zmizely.
Fyzici pozorovali, že expanze vesmíru se zrychluje, a nevědí proč. Přidání nových dimenzí, jak vesmír roste, by vysvětlilo toto zrychlení. (Stojkovic říká, že čtvrtá dimenze se již mohla otevřít ve velkých, kosmologických měřítcích.)
Standardní model částicové fyziky předpovídá existenci dosud neobjevené elementární částice zvané Higgsův boson. Aby však rovnice ve standardním modelu přesně popisovaly pozorovanou fyziku skutečného světa, musí výzkumníci uměle upravit hmotnost Higgsova bosonu pro interakce mezi částicemi, které probíhají při vysokých energiích. Pokud má prostor méně dimenzí při vysokých energiích, potřeba tohoto druhu „ladění“ mizí.
'To, co zde navrhujeme, je posun v paradigmatu,' řekl Stojkovič. 'Fyzici se potýkali se stejnými problémy 10, 20, 30 let a přímé rozšíření stávajících myšlenek je pravděpodobně nevyřeší.'
„Musíme vzít v úvahu možnost, že s našimi nápady je něco systematicky špatně,“ pokračoval. 'Potřebujeme něco radikálního a nového, a tohle je něco radikálního a nového.'
Protože do plánovaného nasazení LISA zbývají ještě roky, může trvat ještě dlouho, než si Stojkovič a jeho kolegové budou moci takto otestovat své nápady.
Některé experimentální důkazy však již poukazují na možnou existenci nižšího-dimenzionálního prostoru.
Konkrétně vědci pozorovali, že hlavní energetický tok částic kosmického záření s energiemi přesahujícími 1 teraelektronvolt – druh vysoké energie spojený s velmi raným vesmírem – je zarovnán podél dvourozměrné roviny.
Pokud vysoké energie korespondují s prostorem nižších dimenzí, jak navrhuje teorie „mizejících dimenzí“, výzkumníci pracující s urychlovačem částic Large Hadron Collider v Evropě by měli vidět planární rozptyl při takových energiích.
Stojkovic říká, že pozorování takových událostí by bylo „velmi vzrušujícím, nezávislým testem námi navrhovaných nápadů“.
Prameny: EurekAlert, Fyzické kontrolní dopisy.