Ali je imelo zgodnje vesolje le eno prostorsko dimenzijo? To je zamišljen koncept v središču teorije, ki jo je leta 2010 predlagal fizik Dejan Stojković z univerze v Buffalu in kolegi. Predlagali so, da je bilo staro vesolje - ki je eksplodiralo z ene same točke in je bilo sprva zelo, zelo majhno - enodimenzionalno (kot ravna črta), preden se razširi na dve dimenziji (kot ravnina) in nato tri (kot svet, v katerem danes živimo).
Če je teorija veljavna, bi reševala pomembne težave v fiziki delcev.
Zdaj je v novem prispevku v Fizičnem revijalnem pismu Stojković in fizik z univerze Loyola Marymount Jonas Mureika opisal test, ki bi lahko dokazal ali ovrgel hipotezo o "izmikajočih se dimenzijah".
Ker je potreben čas, da svetloba in drugi valovi potujejo na Zemljo, lahko teleskopi, ki pokukajo v vesolje, v bistvu pogledajo nazaj v čas, ko pregledajo zunanje dosege vesolja.
Gravitacijski valovi ne morejo obstajati v eno- ali dvodimenzionalnem prostoru. Tako sta Stojkovićeva in Mureika utemeljila, da laserska interferometrska vesoljska antena (LISA), načrtovani mednarodni gravitacijski observatorij, ne bi smela zaznati nobenih gravitacijskih valov, ki bi izvirali iz nižjih dimenzij epohe zgodnjega vesolja.
Stojkovič, docent fizike, pravi, da teorija razvijajočih se dimenzij predstavlja koren odmik od načina razmišljanja o kozmosu - od tega, kako je nastalo naše vesolje.
Glavna ideja je, da je dimenzionalnost prostora odvisna od velikosti prostora, ki ga opazujemo, manjši prostori pa so povezani z manj dimenzijami. To pomeni, da se bo odprla četrta dimenzija - če je še ni -, ko se vesolje še naprej širi.
Teorija tudi nakazuje, da ima prostor manjše dimenzije pri zelo visokih energijah, ki so povezane z zgodnjim, po velikem vesolju.
Če imajo Stojkovič in njegovi sodelavci prav, bodo pomagali pri reševanju temeljnih težav s standardnim modelom fizike delcev, vključno z naslednjim:
Nezdružljivost med kvantno mehaniko in splošno relativnostjo. Kvantna mehanika in splošna relativnost sta matematični okvir, ki opisuje fiziko vesolja. Kvantna mehanika je dobra pri opisovanju vesolja na zelo majhnih lestvicah, medtem ko je relativnost dobra pri opisovanju vesolja na velikih lestvicah. Trenutno se dve teoriji štejeta za nezdružljivi; če pa bi imelo vesolje na svojih najmanjših ravneh manj dimenzij, bi matematična neskladja med obema okviroma izginila.
Fiziki so opazili, da se širjenje vesolja pospešuje, in ne vedo, zakaj. Dodajanje novih dimenzij, ko vesolje raste, bi razložilo to pospeševanje. (Stojkovićeva pravi, da se je četrta dimenzija morda že odprla na velikih, kozmoloških lestvicah.)
Standardni model fizike delcev napoveduje obstoj še neodkritega osnovnega delca, imenovanega Higgsov bozon. Da bi enačbe v standardnem modelu lahko natančno opisale opaženo fiziko resničnega sveta, pa morajo raziskovalci umetno prilagoditi maso Higgsovega bozona za interakcije med delci, ki potekajo pri visoki energiji. Če ima prostor manjše dimenzije pri visoki energiji, potreba po tovrstnem "uglaševanju" izgine.
"Tukaj predlagamo premik paradigme," je dejal Stojkovič. "Fiziki se že 10, 20, 30 let spopadajo z istimi težavami, zato jih razširitve obstoječih idej verjetno ne bodo rešile."
"Upoštevati moramo možnost, da je z našimi idejami nekaj sistematično narobe," je nadaljeval. "Potrebujemo nekaj radikalnega in novega in to je nekaj radikalnega in novega."
Ker je načrtovana uvedba LISA še dolga leta, bo morda že dolgo minilo, da Stojković in njegovi sodelavci svoje ideje preizkusijo na ta način.
Vendar nekateri eksperimentalni dokazi že kažejo na možen obstoj prostora z nižjimi dimenzijami.
Znanstveniki so natančneje opazili, da je glavni tok energijskih delcev kozmičnih žarkov z energijo nad 1 teraelektronsko volto - vrsta visoke energije, povezana z zelo zgodnjim vesoljem - usmerjen vzdolž dvodimenzionalne ravnine.
Če visoke energije ustrezajo prostoru z nižjimi dimenzijami, kot predlaga teorija o "izumrlih dimenzijah", bi morali raziskovalci, ki delajo s pospeševalcem delcev velikega hadronskega trkalnika v Evropi, videti ravninsko razpršitev pri takšnih energijah.
Stojkovićeva pravi, da bi bilo opazovanje takšnih dogodkov "zelo vznemirljiv, neodvisen test naših predlaganih idej."
Viri: EurekAlert, Pisma o fizičnem pregledu.
