Ar ankstyvoji visata turėjo tik vieną erdvinį matmenį? Tai protu nesuvokiama koncepcija, esanti teorijos, kurią 2010 m. Pasiūlė fizikas Dejanas Stojkovičius iš Bafalo universiteto ir jo kolegos, centre. Jie pasiūlė, kad ankstyvoji visata, kuri sprogo iš vieno taško ir iš pradžių buvo labai, labai maža, buvo vienmatis (kaip tiesi linija) prieš plečiantis, kad apimtų dvi dimensijas (kaip plokštuma) ir tada tris (pvz., pasaulį, kuriame mes šiandien gyvename).
Teorija, jei teisinga, spręstų svarbias dalelių fizikos problemas.
Dabar naujame „Physical Review Letters“ dokumente Stojkovic ir Loyola Marymount universiteto fizikas Jonas Mureika aprašo testą, kuris galėtų įrodyti arba paneigti „nykstančių dimensijų“ hipotezę.
Kadangi šviesai ir kitoms bangoms keliauti į Žemę reikia laiko, į kosmosą žvelgiantys teleskopai iš esmės gali pažvelgti į laiką, kai jie testuoja Visatos išorinius kraštus.
Gravitacinės bangos negali egzistuoti vienos ar dviejų dimensijų erdvėje. Taigi Stojkovičius ir Mureika pagrindė, kad planuojama tarptautinė gravitacinė observatorija „Lazerio interferometro kosminė antena“ (LISA) neturėtų aptikti gravitacinių bangų, kylančių iš ankstyvosios visatos žemųjų matmenų epochų.
Stojkovičius, fizikos profesoriaus padėjėjas, sako, kad kintančių dimensijų teorija reiškia radikalų poslinkį nuo to, kaip mes galvojame apie kosmosą, - apie tai, kaip susiklostė mūsų visata.
Pagrindinė idėja yra ta, kad erdvės matmenys priklauso nuo stebimos erdvės dydžio, o mažesnės erdvės yra susijusios su mažesniais matmenimis. Tai reiškia, kad ketvirtoji dimensija atsiras - jei to dar neturėjo - visata toliau plečiasi.
Teorija taip pat rodo, kad kosmosas turi mažiau matmenų esant labai didelėms energijoms, susijusioms su ankstyvąja, didžiosios sprogimo, visata.
Jei Stojkovičius ir jo kolegos teisūs, jie padės išspręsti esmines problemas, susijusias su standartiniu dalelių fizikos modeliu, įskaitant:
Kvantinės mechanikos ir bendrosios reliatyvumo nesuderinamumas. Kvantinė mechanika ir bendrasis reliatyvumas yra matematiniai rėmai, apibūdinantys visatos fiziką. Kvantinė mechanika gerai apibūdina Visatą labai mažomis skalėmis, o reliatyvumas yra geras apibūdinant Visatą didelėmis skalėmis. Šiuo metu abi teorijos laikomos nesuderinamomis; bet jei Visata savo mažiausiais lygiais turėtų mažiau matmenų, matematiniai neatitikimai tarp dviejų rėmų išnyktų.
Fizikai pastebėjo, kad visatos plėtimasis spartėja, ir jie nežino, kodėl. Naujų matmenų pridėjimas augant visatai paaiškintų šį pagreitį. (Stojkovičius sako, kad ketvirtoji dimensija jau galėjo atsiverti didelėmis kosmologinėmis skalėmis.)
Standartinis dalelių fizikos modelis numato dar neatrastą elementarią dalelę, vadinamą Higso bozonu. Tačiau norėdami, kad standartinio modelio lygtys tiksliai apibūdintų stebimą realaus pasaulio fiziką, tyrėjai turi dirbtinai sureguliuoti Higso bozono masę, kad būtų galima sąveikauti tarp dalelių, vykstančių aukštoje energijoje. Jei erdvė turi mažiau matmenų esant didelėms energijoms, tokio „sureguliavimo“ poreikis išnyksta.
„Tai, ką mes čia siūlome, yra paradigmos pasikeitimas“, - sakė Stojkovičius. „Fizikai kovėsi su tomis pačiomis problemomis 10, 20, 30 metų ir vargu ar esamų idėjų pratęsimas jas išspręs“.
„Turime atsižvelgti į galimybę, kad kažkas sistemingai negerai su mūsų idėjomis“, - tęsė jis. „Mums reikia kažko radikalaus ir naujo, o tai yra kažkas radikalaus ir naujo“.
Kadangi planuojamo LISA dislokavimo dar nėra metų, gali praeiti daug laiko, kol Stojkovičius ir jo kolegos galės tokiu būdu išbandyti savo idėjas.
Tačiau kai kurie eksperimentiniai įrodymai jau rodo galimą žemesnių matmenų erdvės egzistavimą.
Tiksliau, mokslininkai pastebėjo, kad pagrindinis kosminių spindulių dalelių, kurių energija viršija 1 teraelektrono voltą, energijos srautas - didelės energijos rūšis, susijusi su pačia ankstyvąja visata - yra išlyginti išilgai dvimatės plokštumos.
Jei aukštosios energijos sutampa su mažesnių matmenų erdve, kaip siūlo „nykstančių matmenų“ teorija, tyrėjai, dirbantys su „Large Hadron Collider“ dalelių greitintuvu Europoje, turėtų pastebėti plokštumų išsklaidymą tokiose energijose.
Stojkovičius sako, kad tokių įvykių stebėjimas būtų „labai jaudinantis, nepriklausomas mūsų siūlomų idėjų išbandymas“.
Šaltiniai: „EurekAlert“, „Physical Review Letters“.
