Kas varasel universumil oli vaid üks ruumiline mõõde? See on mõtlemapanev kontseptsioon Buffalo ülikooli füüsiku Dejan Stojkovici ja tema kolleegide 2010. aastal välja pakutud teooria keskmes. Nad tegid ettepaneku, et varajane universum - mis plahvatas ühest punktist ja oli alguses väga-väga väike - oli ühemõõtmeline (nagu sirgjoon) enne laiendamist, et hõlmata kahte dimensiooni (nagu lennuk) ja siis kolme (näiteks maailma, kus me täna elame).
Teooria, kui see on kehtiv, käsitleks osakeste füüsika olulisi probleeme.
Nüüd kirjeldavad Stojkovic ja Loyola Marymounti ülikooli füüsik Jonas Mureika uues väljaandes Physical Review Letters testi, mis võib tõestada või ümber lükata hüpoteesi “kaduv mõõde”.
Kuna valguse ja muude lainete Maale jõudmiseks on vaja aega, saavad kosmosesse paiskuvad teleskoobid sisuliselt vaadata aega tagasi, kui nad proovivad universumi välimist ulatust.
Gravitatsioonilained ei saa eksisteerida ühes või kahemõõtmelises ruumis. Nii on Stojkovic ja Mureika väitnud, et kavandatud rahvusvaheline gravitatsiooniline observatoorium - laserinterferomeetri kosmoseantenn (LISA) - ei peaks avastama gravitatsioonilaineid, mis tekivad varajase universumi madalama mõõtme ajastutest.
Füüsika abiprofessori Stojkovici sõnul kujutab arenevate dimensioonide teooria radikaalset nihet sellest, kuidas mõtleme kosmosele - kuidas meie universum tekkis.
Põhiidee on see, et ruumi mõõtmed sõltuvad vaadeldava ruumi suurusest, väiksemate ruumidega on seotud vähem mõõtmeid. See tähendab, et neljas mõõde avaneb - kui seda veel pole -, kui universum laieneb.
Teooria soovitab ka, et kosmosel on vähem mõõtmeid väga kõrgete energiate korral, mis on seotud varajase, paugujärgse universumiga.
Kui Stojkovicil ja tema kolleegidel on õigus, aitavad nad lahendada osakestefüüsika standardmudeli põhiprobleeme, sealhulgas järgmist:
Kvantmehaanika ja üldrelatiivsustegevuse kokkusobimatus. Kvantmehaanika ja üldine relatiivsus on matemaatilised raamistikud, mis kirjeldavad universumi füüsikat. Kvantmehaanika kirjeldab hästi universumit väga väikeste skaaladega, samas kui suhtelisus on hea universumi kirjeldamiseks suurtes skaalades. Praegu peetakse kahte teooriat kokkusobimatuks; aga kui universumil oleks kõige väiksematel tasanditel vähem mõõtmeid, kaoksid kahe raamistiku vahelised matemaatilised erinevused.
Füüsikud on täheldanud, et universumi laienemine kiireneb ja nad ei tea, miks. Uute mõõtmete lisamine universumi kasvades seletaks seda kiirendust. (Stojkovic ütleb, et neljas mõõde võib juba avanenud suurte kosmoloogiliste mõõtkavadega.)
Osakeste füüsika standardmudel ennustab veel avastamata elementaarosakese olemasolu, mida nimetatakse Higgsi bosoniks. Kuid selleks, et standardmudeli võrrandid kirjeldaksid pärismaailma füüsikat täpselt, peavad teadlased korrigeerima kunstlikult Higgsi bosoni massi suure energiaga osakeste vahelise vastasmõju jaoks. Kui kosmosel on kõrgete energiate korral vähem mõõtmeid, kaob vajadus sellist laadi häälestamise järele.
"See, mida me siin teeme, on paradigma muutus," ütles Stojkovic. "Füüsikud on samade probleemidega võidelnud 10, 20, 30 aastat ja olemasolevate ideede sirgjoonelised laiendused neid tõenäoliselt ei lahenda."
"Peame arvestama võimalusega, et midagi on meie ideedes süstemaatiliselt valesti," jätkas ta. "Me vajame midagi radikaalset ja uut ning see on midagi radikaalset ja uut."
Kuna LISA kavandatud kasutuselevõtt on veel aastate kaugusel, võib mööduda kaua aega, kuni Stojkovic ja tema kolleegid saavad oma ideid sel viisil proovile panna.
Kuid mõned eksperimentaalsed tõendid osutavad juba madalama mõõtmega ruumi võimalikule olemasolule.
Täpsemalt on teadlased täheldanud, et kosmiliste kiirgusosakeste peamine energiavoog, mille energia ületab 1 teraelektronvolti - selline varajase universumiga seotud suur energia -, on joondatud mööda kahemõõtmelist tasapinda.
Kui kõrged energiad vastavad madalama mõõtmega ruumile, nagu "kaduvate mõõtmete" teooria soovitab, peaksid Euroopa osakestekiirendiga Large Hadron Collider töötavad teadlased nägema selliste energiate tasapinnalist hajumist.
Stojkovic ütleb, et selliste sündmuste vaatlemine oleks "väga põnev ja sõltumatu test meie pakutud ideedest".
Allikad: EurekAlert, füüsilise ülevaate kirjad.
