A korai világegyetemnek csak egy térbeli dimenziója volt? Ez az elgondolkodtató koncepció egy olyan elmélet középpontjában, amelyet Dejan Stojkovic a buffói egyetemen és a kollégák által 2010-ben javasolt. Azt javasolták, hogy a korai univerzum - amely egyetlen pontból robbant fel, és eleinte nagyon-nagyon kicsi - egydimenziós (mint egy egyenes vonal), mielőtt kibővül, hogy két dimenzióba (mint egy sík), majd háromba (mint a világ, amelyben ma élünk).
Az elmélet, ha érvényes, a részecskefizika fontos problémáival foglalkozik.
Most, a Physical Review Letters új cikkében, Stojkovic és Loyola Marymount Egyetem fizikus, Jonas Mureika leír egy tesztet, amely bizonyíthatja vagy megcáfolhatja a „eltűnő dimenziók” hipotézist.
Mivel időbe telik, amíg a fény és más hullámok eljutnak a Földre, az űrbe kúszó távcsövek alapvetően visszatekinthetnek az időre, amikor megvizsgálják a világegyetem külső határait.
A gravitációs hullámok nem létezhetnek egy- vagy kétdimenziós térben. Szóval Stojkovic és Mureika azzal érveltek, hogy a lézerinterferométer Űrantenna (LISA), a tervezett nemzetközi gravitációs megfigyelőközpont, nem érzékelhet olyan gravitációs hullámokat, amelyek a korai világegyetem alsó dimenziós korszakaiból származnak.
Stojkovic, a fizika asszisztens professzora szerint a fejlődő dimenziók elmélete radikális elmozdulást képvisel attól, ahogyan gondolkodunk a kozmoszról - attól, hogy miként alakult a világegyetemünk.
Az alapötlet az, hogy a tér dimenzióssága a megfigyelt tér méretétől függ, a kisebb terekkel kevesebb dimenzióval. Ez azt jelenti, hogy egy negyedik dimenzió megnyílik - ha még nem volt -, ahogy az univerzum tovább terjeszkedik.
Az elmélet azt is sugallja, hogy az űrnek kevesebb dimenziója van a nagyon magas energiákon, mint amilyen a korai, a big bang univerzumhoz kapcsolódik.
Ha Stojkovicnak és kollégáinak igaza van, akkor segítenek a részecskefizika standard modelljével kapcsolatos alapvető problémák megoldásában, beleértve a következőket:
A kvantummechanika és az általános relativitáselmélet összeegyeztethetetlensége. A kvantummechanika és az általános relativitáselmélet matematikai keretek, amelyek leírják az univerzum fizikáját. A kvantummechanika jó az univerzum nagyon kicsi skálán történő leírására, míg a relativitáselmélet jó az univerzum nagy skálán történő leírására. Jelenleg a két elmélet összeegyeztethetetlennek tekinthető; de ha az univerzum a legkisebb szintjén kevesebb dimenzióval rendelkezik, akkor a két keret közötti matematikai eltérések eltűnnek.
A fizikusok megfigyelték, hogy az univerzum tágulása felgyorsul, és nem tudják, miért. Az univerzum növekedésével új dimenziók hozzáadása magyarázza ezt a gyorsulást. (Stojkovic szerint egy negyedik dimenzió már megnyílt nagy, kozmológiai léptékben.)
A részecskefizika standard modellje egy még fel nem fedezett elemi részecske létezését jósolja, amelyet Higgs-bozonnak hívnak. Ahhoz, hogy a standard modell egyenletei pontosan leírják a valós világ megfigyelt fizikáját, a kutatóknak mesterségesen beállítaniuk kell a Higgs-bozon tömegét a nagy energiájú részecskék közötti kölcsönhatásokra. Ha a térnek kevesebb dimenziója van magas energiák esetén, akkor az ilyen "hangolás" szükségessége megszűnik.
"Amit itt javasolunk, a paradigmaváltás" - mondta Stojkovic. "A fizikusok ugyanazokkal a problémákkal küzdenek 10, 20, 30 évig, és a meglévő ötletek egyenes továbbfejlesztése valószínűleg nem oldja meg őket."
"Figyelembe kell vennünk annak a lehetőségét, hogy valami szisztematikusan hibás ötleteinkkel" - folytatta. "Szükségünk van valami radikálisra és újra, és ez valami radikális és új."
Mivel a LISA tervezett telepítése még évek óta elmarad, sokáig eltelhet, hogy Stojkovic és kollégái képesek legyenek így tesztelni ötleteiket.
Néhány kísérleti bizonyíték azonban már rámutat az alacsonyabb dimenziós tér lehetséges létezésére.
Konkrétan, a tudósok megfigyelték, hogy az 1 teraelektronvolt meghaladó energiájú kozmikus sugárrészecskék fő energiaáramlása - a nagyon korai univerzumhoz kapcsolódó nagy energia fajtája - egy kétdimenziós sík mentén helyezkednek el.
Ha a nagy energiák megfelelnek az alsó dimenziós térnek, amint azt a „eltűnő dimenziók” elmélete javasolja, az Európában a Hadron Collider részecskegyorsítóval dolgozó kutatóknak látniuk kell az ilyen energiák síkbeli szétszóródását.
Stojkovic szerint az ilyen események megfigyelése „nagyon izgalmas, független próbája lenne a javasolt ötleteinknek”.
Források: EurekAlert, Physical Review Letters.
