Kaj če bi vam rekel, da je bilo naše vesolje preplavljeno na stotine vrst skoraj nevidnih delcev in da so že zdavnaj ti delci tvorili mrežo vesoljskih strun?
Sliši se tako trojno in super, vendar je pravzaprav napoved teorije strun, naš najboljši (a frustrirajoče nepopoln) poskus teorije vsega. Ti bizarni, čeprav hipotetični, majhni delci so znani kot osi, in če jih lahko najdemo, bi to pomenilo, da vsi živimo v ogromni "osi".
Najboljši del te teorije je, da ne gre le za hipotezo o fizičnem fotelju, brez možnosti testiranja. To nerazumljivo veliko mrežo strun bo v bližnji prihodnosti mogoče zaznati z mikrovalovnimi teleskopi, ki se dejansko gradijo.
Če bi ga našli, bi nam osiver naredil pomemben korak pri oblikovanju uganke ... no, vse fizike.
Simfonija strun
V redu, pojdimo na posel. Najprej moramo bolje spoznati os. Aksonija, ki jo je leta 1978 imenoval fizik (in pozneje tudi Nobelov nagrajenec) Frank Wilczek, je dobila ime, ker obstaja hipoteza, da obstaja zaradi določene vrste razbijanja simetrije. Vem, vem - bolj žargon. Počakaj. Fiziki ljubijo simetrije - ko se v matematiki pojavijo določeni vzorci.
Obstaja ena vrsta simetrije, imenovana CP simetrija, ki pravi, da se morata zadeva in antimaterija obnašati enako, ko sta njuni koordinati obrnjeni. Vendar se zdi, da ta simetrija ne ustreza naravni teoriji močne jedrske sile. Ena od rešitev te uganke je, da v vesolje vnesemo še eno simetrijo, ki "popravi" to slabo vedenje. Vendar se ta nova simetrija pojavlja le pri izjemno visoki energiji. Ob vsakodnevnih nizkih energijah ta simetrija izgine in zaradi tega izlušči nov delček - aksiono.
Zdaj se moramo obrniti na teorijo strun, kar je naš poskus (in je bil že 50-letni naš glavni poskus) združiti vse sile narave, zlasti gravitacijo, v en sam teoretični okvir. Dokazano je, da je težava resna težava, ki jo je treba rešiti zaradi različnih dejavnikov, od katerih ni najmanj nič, če bi teorija strun delovala (z drugimi besedami, da bi matematika celo upala, da se bo razvila) naša vesolje mora imeti več kot običajno tri dimenzije prostora in eno od časov; obstajati morajo dodatne prostorske dimenzije.
Te prostorske dimenzije seveda niso vidne s prostim očesom; v nasprotnem primeru bi to opazili. Torej morajo biti dodatne dimenzije majhne in zvite na sebi na tako majhnih lestvicah, da se izognejo običajnim naporom, da bi jih opazili.
Težko je to, da nismo ravno prepričani, kako se te dodatne dimenzije skrajšajo same po sebi, in obstaja nekje okoli 10 ^ 200 možnih načinov, kako to storiti.
Ampak to skupno dimenzionalno ureditev ima skupno to, da obstajajo osi, ki so v teoriji strun delci, ki se vijejo okoli nekaterih zvitih dimenzij in se zataknejo.
Še več, teorija strun ne predvideva samo ene aksije, temveč potencialno na stotine različnih vrst pri različnih masah, vključno z osjo, ki bi se lahko pojavila v teoretičnih napovedih močne jedrske sile.
Neumne strune
Torej, imamo veliko novih vrst delcev z vsemi vrstami mas. Super! Ali bi lahko osi sestavljale temno snov, ki je verjetno odgovorna za oddajanje galaksij večine svoje mase, vendar jih običajni teleskopi ne morejo zaznati? Morda; je odprto vprašanje. Aksije kot temna snov se morajo spoprijeti z nekaj zahtevnimi opazovalnimi testi, zato se nekateri raziskovalci namesto tega osredotočajo na lažji konec družin aksonov in raziskujejo načine, kako jih najti.
In ko ti raziskovalci začnejo iskati predvideno vedenje teh peresnih osi v zgodnjem vesolju, najdejo nekaj res izjemnega. V najzgodnejših trenutkih zgodovine našega kozmosa je vesolje šlo skozi fazne prehode in s tem spremenilo celoten značaj iz eksotičnih, visokoenergijskih stanj v redna nizkoenergijska stanja.
Med enim od teh faznih prehodov (ki se je zgodil, ko je bilo vesolje manj kot sekunde), se osi teorije strun niso zdele delci. Namesto tega so bili videti kot zanke in črte - mreža lahkih, skoraj nevidnih strun, ki so križala vesolje.
To hipotetično osjo, napolnjeno z različnimi lahkimi aksionskimi strunami, ne predvideva nobena druga fizika fizike, temveč teorija strun. Če torej ugotovimo, da živimo v osi, bi to predstavljalo velik napredek za teorijo strun.
Premik svetlobe
Kako lahko iščemo te aksonske strune? Modeli predvidevajo, da imajo aksionski nizi zelo majhno maso, tako da svetloba ne bo naletela na aksiono in se upognila, oziroma se osi verjetno ne bi mešale z drugimi delci. Skozi Mlečno pot bi lahko zdaj plulo na milijone strupov aksonije in jih ne bi videli.
Toda vesolje je staro in veliko in to lahko uporabimo v svojo korist, še posebej, ko ugotovimo, da je vesolje tudi osvetljeno.
Kozmično mikrovalovno ozadje (CMB) je najstarejša svetloba v vesolju, ki se oddaja, ko je bil še dojenček - star približno 380.000 let. Ta svetloba je v vseh teh milijardah let namočila vesolje, filtrirajući se skozi vesolje, dokler končno ne zadene nekaj, kot so naši mikrovalovni teleskopi.
Ko torej pogledamo CMB, ga vidimo skozi vesolje, vredno več milijard svetlobnih let. To je tako, kot če pogledamo sijaj svetilke skozi vrsto pajčevin: Če obstaja mreža aksonskih strun, ki se vije skozi kozmos, bi jih lahko opazili.
V nedavni študiji, objavljeni v zbirki podatkov arXiv 5. decembra, je trio raziskovalcev izračunal učinek, ki bi ga imel osno na svetlobo CMB. Ugotovili so, da se lahko polarizacija te svetlobe, odvisno od tega, kako malo svetlobe preide blizu določene aksionske vrvice, spremeni. To je zato, ker je CMB svetloba (in vsa svetloba) izdelana iz valov električnega in magnetnega polja, polarizacija svetlobe pa nam pove, kako so usmerjena električna polja - nekaj, kar se spremeni, ko svetloba CMB naleti na aksiono. Polarizacijo svetlobe CMB lahko merimo tako, da signal prepustimo skozi specializirane filtre, kar nam omogoča, da izberemo ta učinek.
Raziskovalci so ugotovili, da skupni učinek na CMB iz vesolja, polnega strun, prinese premik polarizacije, ki znaša približno 1%, kar je ravno na robu tistega, kar lahko danes zaznamo. Toda trenutno se oblikujejo prihodnji zemljevidniki CMB, kot so Cosmic Origins Explorer, satelit Lite (svetloba) za študije polarizacije B-načina in napihnjenosti iz kozmičnega ozadja zaznavanje sevanja (LiteBIRD) in Primordial Explorer za napihovanje (PIXIE). Ti futuristični teleskopi bi lahko izdihnili osno. In ko bodo ti zemljevidci prišli na splet, bomo ali ugotovili, da živimo v osi, ali pa bomo izključili to posebno napoved teorije strun.
Kakor koli že, treba je veliko odviti.
Paul M. Sutter je astrofizik priDržavna univerza Ohio, gostiteljVprašajte vesoljca inVesoljski radioin avtorjaVaše mesto v vesolju.
