Měl raný vesmír jen jednu prostorovou dimenzi? To je koncept mysli ohromující v jádru teorie, kterou navrhl fyzik Dejan Stojkovic z univerzity v Buffalu v roce 2010. Navrhovali, že časný vesmír - který explodoval z jediného bodu a byl nejprve velmi, velmi malý - byl jednorozměrný (jako přímka) před rozšířením o dva rozměry (jako rovina) a poté tři (jako svět, ve kterém dnes žijeme).
Teorie, pokud by byla platná, by se zabývala důležitými problémy ve fyzice částic.
Nyní, v novém článku v dopisech Physical Review Letters, Stojkovic a Loyola Marymount University fyzik Jonas Mureika popisují test, který by mohl prokázat nebo vyvrátit hypotézu „mizející dimenze“.
Jelikož cestování na Zemi vyžaduje jiné světlo a jiné vlny, dalekohledy vykukující ven do vesmíru se mohou v podstatě ohlédnout zpět do času, když snímají vnější dosah vesmíru.
Gravitační vlny nemohou existovat v jednorozměrném nebo dvourozměrném prostoru. Stojkovic a Mureika tedy usoudili, že laserová interferometrová kosmická anténa (LISA), plánovaná mezinárodní gravitační observatoř, by neměla detekovat gravitační vlny vycházející z nižších dimenzí raného vesmíru.
Stojkovic, odborný asistent fyziky, říká, že teorie vyvíjející se dimenze představuje radikální posun od způsobu, jakým přemýšlíme o vesmíru - o tom, jak vznikl náš vesmír.
Hlavní myšlenkou je, že rozměrnost prostoru závisí na velikosti prostoru, který sledujeme, s menšími prostory spojenými s menšími rozměry. To znamená, že čtvrtá dimenze se otevře - pokud již není -, jak se vesmír rozšiřuje.
Teorie také naznačuje, že prostor má méně rozměrů při velmi vysokých energiích, které jsou spojeny s časným vesmírem po velkém třesku.
Pokud má Stojkovic a jeho kolegové pravdu, budou pomáhat řešit základní problémy se standardním modelem částicové fyziky, včetně následujících:
Neslučitelnost mezi kvantovou mechanikou a obecnou relativitou. Kvantová mechanika a obecná relativita jsou matematické rámce, které popisují fyziku vesmíru. Kvantová mechanika je dobrá při popisu vesmíru ve velmi malém měřítku, zatímco relativita je dobrá při popisu vesmíru ve velkých měřítcích. V současné době jsou tyto dvě teorie považovány za nekompatibilní; ale pokud by vesmír na svých nejmenších úrovních měl méně rozměrů, matematické rozdíly mezi těmito dvěma rámci by zmizely.
Fyzici pozorovali, že se expanze vesmíru zrychluje a nevědí proč. Toto zrychlení by vysvětlilo přidání nových dimenzí s rostoucím vesmírem. (Stojkovic říká, že možná již byla otevřena čtvrtá dimenze ve velkých kosmologických měřítcích.)
Standardní model fyziky částic předpovídá existenci dosud neobjevené elementární částice zvané Higgsův boson. Aby však rovnice ve standardním modelu přesně popsaly pozorovanou fyziku skutečného světa, musí vědci uměle upravit hmotu Higgsova bosonu, aby interakce mezi částicemi, ke kterým dochází při vysokých energiích. Pokud má prostor při vysokých energiích méně rozměrů, potřeba tohoto druhu „ladění“ zmizí.
"To, co zde navrhujeme, je změna paradigmatu," řekl Stojkovic. "Fyzici bojovali se stejnými problémy 10, 20, 30 let a přímá rozšíření stávajících myšlenek je pravděpodobně nevyřeší."
"Musíme vzít v úvahu možnost, že s našimi myšlenkami něco systematicky není," pokračoval. "Potřebujeme něco radikálního a nového, a to je něco radikálního a nového."
Protože plánované nasazení LISA je stále roky pryč, může to být dlouho, než Stojkovic a jeho kolegové budou moci své nápady tímto způsobem otestovat.
Některé experimentální důkazy však již poukazují na možnou existenci prostoru nižší dimenze.
Konkrétně vědci pozorovali, že hlavní tok energie částic kosmického paprsku s energií vyšší než 1 teraelektronový volt - druh vysoké energie spojené s velmi časným vesmírem - je uspořádán podél dvourozměrné roviny.
Pokud vysoké energie odpovídají nízkodimenzionálnímu prostoru, jak navrhuje teorie „mizející dimenze“, měli by vědci pracující s urychlovačem částic typu Hadron Collider v Evropě vidět planární rozptyl těchto energií.
Stojkovic říká, že pozorování takových událostí by bylo „velmi vzrušujícím nezávislým testem našich navrhovaných nápadů.“
Zdroje: EurekAlert, dopisy o fyzickém přezkumu.
