Mis siis, kui ma ütleksin teile, et meie universum on üle ujutatud sadu erinevaid peaaegu nähtamatuid osakesi ja et need osakesed moodustasid juba ammu universumit hõlmavate stringide võrgu?
See kõlab nii trippides kui ka vapustavalt, kuid tegelikult on see keelteooria ennustus, meie parim (kuid masendavalt ebatäielik) katse teooriast kõigega. Neid veidraid, ehkki hüpoteetilisi, väikseid osakesi nimetatakse aksioonideks ja kui neid on võimalik leida, tähendaks see, et me kõik elame suures "aksiversumis".
Selle teooria parim külg on see, et see pole lihtsalt mõne füüsiku tugitooli hüpotees, millel puudub testimisvõimalus. See arusaamatult tohutu keelpillide võrk võib lähiajal olla tuvastatav mikrolainete teleskoopide abil, mida tegelikult ehitatakse.
Kui see leitakse, annaks teljeülem meile suure sammu, et mõistatada… noh, kogu füüsika mõistatus.
Keelte sümfoonia
Olgu, asume asja kallale. Esiteks peame aksiooni veidi paremini tundma õppima. Aksioon, mille 1978. aastal nimetas füüsik (ja hiljem ka Nobeli preemia laureaat) Frank Wilczek, saab oma nime, kuna selle hüpotees seisneb teatud sümmeetria murdmises. Ma tean, ma tean - rohkem kõnepruuki. Oota. Füüsikud armastavad sümmeetriat - kui matemaatikas ilmnevad teatud mustrid.
Seal on ühte tüüpi sümmeetria, mida nimetatakse CP sümmeetriaks, mis ütleb, et mateeria ja antimaterjal peaksid käituma samadel alustel, kui nende koordinaadid on vastupidised. Kuid see sümmeetria ei tundu loomulikult sobivat tugeva tuumajõu teooriasse. Selle pusle üheks lahenduseks on universumis uue sümmeetria juurutamine, mis selle väärkäitumise jaoks "parandab". Kuid see uus sümmeetria ilmub ainult äärmiselt kõrgete energiate korral. Igapäevaste madalate energiate korral kaob see sümmeetria ja seda arvesse võttes hüppab välja uus osake - telg.
Nüüd peame pöörduma keelte teooria poole, mis on meie katse (ja see on olnud meie peamine katse juba 50 paaritut aastat) ühendada kõik loodusjõud, eriti gravitatsioon, ühte teoreetilisse raamistikku. See on osutunud eriti keerukaks lahendatavaks probleemiks, mis on tingitud mitmesugustest teguritest, millest vähemalt vähim on asjaolu, et keelte teooria toimimiseks (teisisõnu selleks, et matemaatikal oleks isegi lootust välja töötada) on meie universumil peab olema rohkem kui tavaliselt kolme ruumi ja ühe aja mõõtmeid; peavad olema täiendavad ruumilised mõõtmed.
Need ruumilised mõõtmed pole muidugi palja silmaga nähtavad; muidu oleksime sellist asja märganud. Nii et lisamõõtmed peavad olema teismelised-pisikesed ja olema ise nii keerdunud, et kaalud on nii väikesed, et need hoiduvad tavapärastest püüdlustest neid märgata.
Mis teeb selle raskeks, on see, et me pole päris kindlad, kuidas need lisamõõtmed iseenesest keerduvad, ja selleks on kuskil umbes 10 ^ 200 võimalikku viisi.
Kuid see, mis neile mõõtmete paigutusele ühist näib, on aksioonide olemasolu, mis keelte teoorias on osakesed, mis keerlevad end mõne keerdunud mõõtme ümber ja takerduvad.
Veelgi enam, keelte teooria ei ennusta mitte ainult ühte aksiooni, vaid potentsiaalselt sadu erinevaid liike mitmesuguste masside korral, kaasa arvatud aksioon, mis võib ilmneda tugeva tuumajõu teoreetilistes prognoosides.
Tobedad stringid
Niisiis, meil on palju uut tüüpi osakesi igasuguste massidega. Tore! Kas aksioonid võivad moodustada tumeda aine, mis näib vastutavat galaktikate suurema osa massist andmist, kuid mida tavalised teleskoobid ei suuda tuvastada? Võib-olla; see on lahtine küsimus. Kuid aksioonid kui tume-aine peavad silmitsi seisma mõne keeruka vaatlustestiga, nii et mõned uurijad keskenduvad selle asemel aksioonperekondade kergemale otsale, uurides võimalusi nende leidmiseks.
Ja kui need teadlased hakkavad uurima nende sulekaalu aksonite ennustatud käitumist varases universumis, leiavad nad midagi tõeliselt märkimisväärset. Meie kosmose ajaloo kõige varasematel hetkedel läbis universum faasisiireid, muutes kogu oma iseloomu eksootilistest, kõrge energiaga olekutest tavalisteks madala energiatarbega olekuteks.
Ühel neist faasisiiretest (mis juhtus siis, kui universum oli vähem kui sekund vana) ei ilmnenud stringiteooria teljed osakestena. Selle asemel nägid nad välja nagu silmused ja jooned - kosmosest ristuvate kergete, peaaegu nähtamatute keelpillide võrk.
Seda hüpoteetilist telgjoont, mis on täidetud mitmesuguste kergete aksioonistringidega, ennustab mitte ükski teine füüsika teooria, vaid keelte teooria. Niisiis, kui teeme kindlaks, et elame telgjoones, oleks see keelteooria jaoks suur õnnistus.
Valguse nihe
Kuidas me saame neid telgjooni otsida? Mudelid ennustavad, et aksiaalstringidel on väga väike mass, nii et valgus ei põrku aksiooni ega paindu või aksioonid ei segune tõenäoliselt teiste osakestega. Praegu võiks Linnutee kaudu hõljuda miljoneid aksioonistringi, ja me ei näeks neid.
Kuid universum on vana ja suur ning me võime seda oma eeliseks kasutada, eriti kui saame aru, et universum on ka taustvalgustusega.
Kosmiline mikrolaine taust (CMB) on vanim universumi valgus, mida kiirgab alles siis, kui ta oli alles beebi - umbes 380 000 aastat vana. See valgus on kogu nende miljardite aastate jooksul leotanud universumit, filtreerides läbi kosmose, kuni see lõpuks midagi tabab, nagu meie mikrolainete teleskoobid.
Nii et kui vaatame CMB-d, näeme seda läbi miljardite valgusaastate väärtuse universumi. See on nagu taskulambi hõõgumine läbi ämblikuvõrkude sarja: Kui kosmose kaudu on keermestatud aksioonisüsteemide võrk, võime neid potentsiaalselt märgata.
Värskes uuringus, mis avaldati arXiv andmebaasis 5. detsembril, arvutas kolm teadlast, millist mõju avaldab aksiversum CMB valgusele. Nad leidsid, et sõltuvalt sellest, kuidas natuke valgust teatud teljejoone lähedal läbib, võib selle valguse polarisatsioon nihkuda. Selle põhjuseks on asjaolu, et CMB valgus (ja kogu valgus) koosneb elektriliste ja magnetväljade lainetest ning valguse polarisatsioon näitab meile, kuidas elektriväljad on orienteeritud - midagi, mis muutub, kui CMB valgus kohtub teljega. CMB valguse polarisatsiooni saame mõõta signaali läbi spetsiaalsete filtrite kaudu, võimaldades meil selle efekti välja valida.
Teadlased leidsid, et stringe täis universumist avalduv kogu mõju CMB-le tõi kaasa polarisatsiooni nihke umbes 1%, mis on kohe ees, mida me täna suudame tuvastada. Kuid tulevasi CMB kaardistajaid, nagu näiteks kosmilise päritolu uurija, Lite (Light) satelliit B-režiimi polarisatsiooni ja kosmilise taustaga radiatsiooni tuvastamise inflatsiooni uurimiseks (LiteBIRD) ja Primordial Inflation Explorer (PIXIE), arendatakse praegu. Need futuristlikud teleskoobid suudaksid telje laiali nuusutada. Ja kui need kaardistajad võrku jõuavad, siis leiame kas elame telgjoones või välistame selle keelteooria ennustamise.
Mõlemal juhul on palju lahti harutada.
Paul M. Sutter on astrofüüsik juuresOhio Riiklik Ülikool, hostKüsi kosmosemehelt jaKosmoseraadio, ja artikli autorSinu koht universumis.
