O kas, jei aš jums pasakyčiau, kad mūsų visata buvo užtvindyta šimtais rūšių beveik nematomų dalelių ir kad šios dalelės seniai sudarė visatą apimančių stygų tinklą?
Tai skamba gan keistai ir nuostabiai, tačiau iš tikrųjų tai styginių teorijos numatymas, geriausias mūsų bandymas (tačiau žlugdančiai neišsamus) visko teorija. Šios keistos, nors ir hipotetinės, mažos dalelės yra žinomos kaip ašys, ir jei jas bus galima rasti, tai reikštų, kad mes visi gyvename didžiulėje „ašyje“.
Geriausia šios teorijos dalis yra ta, kad tai nėra tik kažkokia fiziko fotelio hipotezė ir nėra galimybės išbandyti. Šis nesuprantamai didžiulis stygų tinklas artimiausiu metu gali būti aptinkamas su iš tikrųjų statomais mikrobangų teleskopais.
Jei rastume, aštuonkampis duotų mums svarbų žingsnį į priekį aiškinantis ... na, visos fizikos galvosūkį.
Styginių simfonija
Gerai, pereikime prie verslo. Pirmiausia turime šiek tiek geriau pažinti ašį. Ašis, kurią 1978 m. Pavadino fizikas (ir vėliau Nobelio premijos laureatas) Frankas Wilczekas, gauna savo pavadinimą, nes hipotezuojama, kad ji egzistuoja dėl tam tikros simetrijos sulaužymo. Aš žinau, žinau - daugiau žargono. Palauk. Fizikai mėgsta simetrijas - kai matematikoje atsiranda tam tikri modeliai.
Yra viena simetrijos rūšis, vadinama CP simetrija, kuri sako, kad materija ir antimaterija turėtų elgtis vienodai, kai jų koordinatės yra atvirkštinės. Tačiau atrodo, kad ši simetrija natūraliai neatitinka stipriosios branduolinės jėgos teorijos. Vienas šio galvosūkio sprendimas yra įvesti visatos simetriją, kuri „taiso“ šį netinkamą elgesį. Tačiau ši nauja simetrija atsiranda tik esant ypač didelei energijai. Kasdien vykstant mažai energijos, ši simetrija išnyksta ir, atsižvelgiant į tai, išeina nauja dalelė - ašis.
Dabar turime kreiptis į styginių teoriją, kuri yra mūsų bandymas (ir jau 50 metų buvo pagrindinis mūsų bandymas) suvienyti visas gamtos jėgas, ypač gravitaciją, vienoje teorinėje sistemoje. Įrodyta, kad tai yra ypač kebli problema, kurią turi išspręsti dėl daugybės veiksnių, iš kurių bent vienas yra tas, kad, kad styginių teorija veiktų (kitaip tariant, kad matematika turėtų net viltį išspręsti), mūsų Visata turi turėti daugiau nei įprastas tris erdvės ir laiko dimensijas; turi būti papildomų erdvinių matmenų.
Žinoma, šie erdviniai matmenys nėra matomi plika akimi; kitaip mes būtume pastebėję tokį dalyką. Taigi papildomi matmenys turi būti nuo mažens iki aštuoniasdešimties ir prigludę prie savęs prie tokių mažų svarstyklių, kad jie išvengia įprastų pastangų juos pastebėti.
Tai apsunkina tai, kad mes nesame tikri, kaip šie papildomi matmenys susisuka patys, ir yra maždaug 10 ^ 200 galimų būdų tai padaryti.
Tačiau tai, kas atrodo bendro šių matmenų struktūroje, yra ašių egzistavimas, kurios, stygų teorijoje, yra dalelės, kurios vingiuoja aplink kai kuriuos išlenktus matmenis ir įstringa.
Dar daugiau, stygų teorija neprognozuoja tik vienos ašies, bet gali būti šimtai skirtingų rūšių, esant įvairioms masėms, įskaitant ašį, kuri gali atsirasti teorinėse stipriosios branduolinės jėgos prognozėse.
Kvailos stygos
Taigi, mes turime daugybę naujų rūšių dalelių su visomis masėmis. Puiku! Ar ašys gali sudaryti tamsiąją medžiagą, kuri, atrodo, yra atsakinga už tai, kad galaktikoms būtų suteikta didžioji jų masės dalis, tačiau kurios neįmanoma aptikti paprastais teleskopais? Galbūt; tai atviras klausimas. Bet ašies, kaip tamsiosios materijos, stebėjimo testai turi būti sunkūs, todėl kai kurie tyrėjai sutelkia dėmesį į lengvesnį ašių šeimų galą, ieškodami būdų, kaip juos rasti.
Ir kai tie tyrinėtojai pradeda gilintis į numatomą šių plunksnų ašių elgesį ankstyvojoje visatoje, jie suranda kažką tikrai nuostabaus. Ankstyviausiomis mūsų kosmoso istorijos akimirkomis Visata išgyveno fazinius perėjimus, pakeisdama visą savo charakterį iš egzotiškų, didelės energijos būsenų į įprastas žemos energijos būsenas.
Vieno iš šių fazių perėjimo metu (kuris įvyko, kai Visata buvo mažiau nei per sekundę sena), stygų teorijos ašys neatrodė kaip dalelės. Jie atrodė kaip kilpos ir linijos - lengvų, beveik nematomų stygų tinklas, kertantis kosmosą.
Šią hipotetinę ašį, užpildytą įvairiomis lengvų ašių stygomis, pranašauja ne viena kita fizikos teorija, bet stygų teorija. Taigi, jei mes nustatysime, kad gyvename ašyje, tai būtų didelis palaima stygų teorijai.
Šviesos poslinkis
Kaip mes galime ieškoti šių ašinių stygų? Modeliai prognozuoja, kad ašių stygų masė yra labai maža, todėl šviesa netaps ašimi ir nelenks, o ašys greičiausiai nesimaišys su kitomis dalelėmis. Šiuo metu Paukščių Take gali būti milijonai ašinių stygų, ir mes jų nematysime.
Tačiau Visata yra sena ir didelė, ir mes galime tai panaudoti savo naudai, ypač įsitikinę, kad Visata taip pat yra apšviesta.
Kosminis mikrobangų fonas (CMB) yra seniausia Visatoje šviesa, skleidžiama, kai ji buvo ką tik kūdikis - maždaug 380 000 metų. Ši šviesa per visus šiuos milijardus metų mirkė visatą, filtruodama kosmosą, kol galų gale kažką pasiekė, kaip mūsų mikrobangų teleskopai.
Taigi, žiūrėdami į CMB, mes matome ją per milijardus vienetų vertės visatos. Tai panašu į tai, kaip žvilgsnis pro žibintuvėlį šviečia per voratinklių seriją: Jei yra ašies stygų tinklas, sriegiuotas per kosmosą, mes galėtume jas pastebėti.
Neseniai atliktame tyrime, paskelbtame „arXiv“ duomenų bazėje gruodžio 5 d., Tyrėjų trijulė apskaičiavo, kokį poveikį axiversas turės CMB šviesai. Jie nustatė, kad priklausomai nuo to, kaip šiek tiek šviesos praeina šalia tam tikros ašies stygos, tos šviesos poliarizacija gali pasislinkti. Taip yra todėl, kad CMB šviesa (ir visa šviesa) yra pagaminta iš elektrinių ir magnetinių laukų bangų, o šviesos poliarizacija mums parodo, kaip orientuoti elektriniai laukai - kažkas, kas keičiasi, kai CMB šviesa susiduria su ašimi. CMB šviesos poliarizaciją galime išmatuoti praleidžiant signalą per specializuotus filtrus, leisdami mums pasirinkti šį efektą.
Tyrėjai nustatė, kad bendras visatos, kurioje pilna stygų, poveikis CMB sąlygojo maždaug 1% poliarizacijos poslinkį, kuris yra ties riba, kurią galime aptikti šiandien. Tačiau būsimi CMB žemėlapių žemėlapiai, tokie kaip „Cosmic Origins Explorer“, „Lite“ („Light“) palydovas, skirti B režimo poliarizacijos ir infliacijos iš kosminio fono radiacinio aptikimo (LiteBIRD) tyrimams, ir „Primordial Inflation Explorer“ (PIXIE), yra kuriami. Šie futuristiniai teleskopai galėtų užuosti ašį. Kai tik šie žemėlapių sudarytojai prisijungs prie interneto, mes pamatysime, kad gyvename ašyje, arba atmesime šią konkrečią stygų teorijos prognozę.
Bet kokiu atveju, reikia daug ką išardyti.
Paulius M. Sutteris yra astrofizikasOhajo valstijos universitetas, šeimininkasPaklauskite erdvėlaivio irKosminis radijas, ir autoriusJūsų vieta Visatoje.
