Имаше ли ранната Вселена само едно пространствено измерение? Това е умопомрачителната концепция в основата на една теория, която физикът Деян Стойкович от университета в Бъфало и колеги предложи през 2010 г. Те предположиха, че ранната Вселена - която избухна от една точка и беше много, много малка - беше едноизмерна (като права линия), преди да се разшири, за да включва две измерения (като равнина) и след това три (като света, в който живеем днес).
Теорията, ако е валидна, би решила важни проблеми във физиката на частиците.
Сега, в нова статия в „Физически рецензионни писма“, Стойкович и физикът от университета Лойола Мериманд Йонас Мурейка описват тест, който може да докаже или опровергае хипотезата за „изчезващи измерения“.
Тъй като отнема време светлината и другите вълни да пътуват до Земята, телескопите, надничащи в космоса, могат по същество да погледнат назад във времето, докато изследват външните достижения на Вселената.
Гравитационните вълни не могат да съществуват в едно- или двуизмерно пространство. Така Стойкович и Мурейка са аргументирали, че космическата антена на лазерния интерферометър (LISA), планирана международна гравитационна обсерватория, не трябва да открива гравитационни вълни, произтичащи от епохите с ниско измерение на ранната Вселена.
Стойкович, доцент по физика, казва, че теорията за развиващите се измерения представлява коренно изместване от начина, по който мислим за Космоса - от това как е възникнала нашата Вселена.
Основната идея е, че размереността на пространството зависи от размера на пространството, което наблюдаваме, с по-малки пространства, свързани с по-малко измерения. Това означава, че четвъртото измерение ще се отвори - ако вече не е - вселената продължава да се разширява.
Теорията също така предполага, че пространството има по-малко измерения при много високи енергии от вида, свързани с ранната, след големия взрив Вселена.
Ако Стойкович и неговите колеги са прави, те ще помогнат за справяне с основните проблеми със стандартния модел на физика на частиците, включително следното:
Несъвместимостта между квантовата механика и общата относителност. Квантовата механика и общата относителност са математически рамки, които описват физиката на Вселената. Квантовата механика е добра при описанието на Вселената в много малки мащаби, докато относителността е добра при описанието на Вселената в големи мащаби. В момента двете теории се считат за несъвместими; но ако Вселената на най-малките си нива имаше по-малко измерения, математическите разминавания между двете рамки ще изчезнат.
Физиците са забелязали, че разширяването на Вселената се ускорява и те не знаят защо. Добавянето на нови измерения с нарастването на Вселената би обяснило това ускорение. (Стойкович казва, че четвърто измерение може да се е отворило в големи, космологични мащаби.)
Стандартният модел на физиката на частиците предсказва съществуването на все още неоткрита елементарна частица, наречена Хигс бозон. За да могат уравненията в стандартния модел точно да опишат наблюдаваната физика на реалния свят, обаче, изследователите трябва да коригират изкуствено масата на бозона на Хигс за взаимодействия между частици, които се провеждат при високи енергии. Ако пространството има по-малко измерения при високи енергии, необходимостта от този вид „настройка“ изчезва.
„Това, което предлагаме тук, е промяна в парадигмата“, каза Стойкович. „Физиците се борят със същите проблеми в продължение на 10, 20, 30 години и направените разширения на съществуващите идеи едва ли ще ги решат.“
„Трябва да вземем предвид възможността нещо системно да не е наред с нашите идеи“, продължи той. „Нуждаем се от нещо радикално и ново и това е нещо радикално и ново.“
Тъй като планираното разгръщане на LISA все още е на години, може да мине доста време Стойкович и колегите му да успеят да тестват идеите си по този начин.
Някои експериментални доказателства обаче сочат възможното съществуване на пространство с по-ниско измерение.
По-конкретно, учените са наблюдавали, че основният енергиен поток на частици от космически лъчи с енергия над 1 тераелектрон волт - вид висока енергия, свързана с много ранната Вселена, са подравнени по двуизмерна равнина.
Ако високите енергии съответстват на пространството с по-малки измерения, както предлага теорията за „изчезващите размери“, изследователите, работещи с ускорителя на големи частици на адронни колиби в Европа, трябва да видят равнинно разсейване при такива енергии.
Стойкович казва, че наблюдението на подобни събития би било „много вълнуващ, независим тест на предлаганите от нас идеи“.
Източници: EurekAlert, Писма за физически преглед.
