Mal raný vesmír iba jeden priestorový rozmer? To je myšlienkový koncept v jadre teórie, ktorú v roku 2010 navrhol fyzik Dejan Stojkovic z univerzity v Buffale a kolegovia. Navrhli, že počiatočný vesmír, ktorý explodoval z jedného bodu a bol spočiatku veľmi, veľmi malý, bol jednorozmerné (ako priama čiara) pred rozšírením o dve dimenzie (ako rovina) a potom tri (ako svet, v ktorom dnes žijeme).
Teória, ak by bola platná, by sa zaoberala dôležitými problémami vo fyzike častíc.
V novej publikácii Fyzikálny prehľad listov Stojkovic a Loyola Marymount z univerzity Jonas Mureika opisujú test, ktorý by mohol dokázať alebo vyvrátiť hypotézu „miznúcich dimenzií“.
Vzhľadom na to, že svetu a iným vlnám bude potrebné cestovať po Zemi, ďalekohľady nahliadajúce do vesmíru sa môžu v podstate pozerať späť do času, keď zisťujú vonkajšie dosahy vesmíru.
Gravitačné vlny nemôžu existovať v jednorozmernom alebo dvojrozmernom priestore. Takže Stojkovic a Mureika usúdili, že laserová interferometrická vesmírna anténa (LISA), plánované medzinárodné gravitačné observatórium, by nemala odhaliť gravitačné vlny vychádzajúce z nižších rozmerov skorého vesmíru.
Stojkovic, odborný asistent fyziky, hovorí, že teória vyvíjajúcich sa dimenzií predstavuje radikálny posun od spôsobu, akým uvažujeme o vesmíre - o tom, ako vznikol náš vesmír.
Základnou myšlienkou je, že rozmernosť priestoru závisí od veľkosti priestoru, ktorý pozorujeme, pričom menšie priestory sú spojené s menším rozmerom. To znamená, že štvrtá dimenzia sa otvorí - ak sa tak ešte nestalo - s pokračujúcim rozširovaním vesmíru.
Teória tiež naznačuje, že vesmír má menej rozmerov pri veľmi vysokých energiách, aké sa spájajú s raným vesmírom s veľkým treskom.
Ak má Stojkovic a jeho kolegovia pravdu, pomôžu pri riešení základných problémov so štandardným modelom časticovej fyziky vrátane nasledujúcich:
Nezlučiteľnosť medzi kvantovou mechanikou a všeobecnou relativitou. Kvantová mechanika a všeobecná relativita sú matematické rámce, ktoré opisujú fyziku vesmíru. Kvantová mechanika je dobrá pri opise vesmíru vo veľmi malých mierkach, zatiaľ čo relativita je dobrá pri opise vesmíru vo veľkých mierkach. V súčasnosti sa tieto dve teórie považujú za nekompatibilné; ale keby mal vesmír na svojich najmenších úrovniach menšie rozmery, matematické rozdiely medzi týmito dvoma rámcami by zmizli.
Fyzici pozorovali, že sa rozširovanie vesmíru zrýchľuje a nevedia prečo. Toto zrýchlenie by vysvetlilo pridanie nových dimenzií s rastom vesmíru. (Stojkovic hovorí, že štvrtá dimenzia sa už mohla otvoriť vo veľkých kozmologických mierkach.)
Štandardný model časticovej fyziky predpovedá existenciu doteraz neobjavenej elementárnej častice zvanej Higgsov bozón. Aby však rovnice v štandardnom modeli mohli presne opísať pozorovanú fyziku reálneho sveta, musia vedci umelo upraviť hmotu Higgsovho bozónu tak, aby interagoval medzi časticami, ktoré sa vyskytujú pri vysokých energiách. Ak má priestor pri vysokých energiách menej rozmerov, potreba tohto druhu „ladenia“ zmizne.
"To, čo tu navrhujeme, je zmena paradigmy," uviedol Stojkovic. "Fyzici zápasia s rovnakými problémami 10, 20, 30 rokov a priame rozšírenie existujúcich myšlienok ich pravdepodobne nevyrieši."
„Musíme vziať do úvahy možnosť, že s našimi nápadmi niečo nie je v poriadku,“ pokračoval. "Potrebujeme niečo radikálne a nové, a to je niečo radikálne a nové."
Pretože plánované nasadenie LISA je ešte stále dlhé roky, môže trvať dlho, než Stojkovic a jeho kolegovia dokážu otestovať svoje nápady týmto spôsobom.
Niektoré experimentálne dôkazy však už poukazujú na možnú existenciu priestoru nižšej dimenzie.
Vedci konkrétne pozorovali, že hlavný energetický tok častíc kozmického žiarenia s energiami presahujúcimi 1 teraelektrónový volt - druh vysokej energie spojenej s veľmi skorým vesmírom - je usporiadaný pozdĺž dvojrozmernej roviny.
Ak vysoké energie korešpondujú s priestorom nižšej dimenzie, ako navrhuje teória „miznúcich dimenzií“, vedci, ktorí pracujú s urýchľovačom častíc typu Hadron Collider v Európe, by pri takýchto energiách mali vidieť planárny rozptyl.
Stojkovic tvrdí, že pozorovanie takýchto udalostí by bolo „veľmi vzrušujúcim nezávislým testom našich navrhovaných nápadov.“
Zdroje: EurekAlert, Listy o fyzických recenziách.
