Je li rani svemir imao samo jednu prostornu dimenziju? To je neumoljiv koncept u srcu teorije koju je fizičar Dejan Stojković sa Sveučilišta u Buffalu predložio 2010. godine. Oni su sugerirali da je rani svemir - koji je eksplodirao iz jedne točke i u početku bio vrlo, vrlo malen - bio jednodimenzionalna (poput ravne linije) prije nego što se proširi i uključi dvije dimenzije (poput ravnine), a zatim tri (poput svijeta u kojem danas živimo).
Teorija bi, ako je valjana, rješavala važne probleme u fizici čestica.
Sada, u novom radu u časopisima Physical Review Letters, Stojković i fizičar sa sveučilišta Loyola Marymount Jonas Mureika opisuju test koji bi mogao dokazati ili opovrgnuti hipotezu o "nestajućim dimenzijama".
Budući da treba vremena da svjetlost i drugi valovi putuju do Zemlje, teleskopi koji zaviruju u svemir mogu se, u biti, osvrnuti na vrijeme dok istražuju vanjske dosege svemira.
Gravitacijski valovi ne mogu postojati u jednodimenzionalnom ili dvodimenzionalnom prostoru. Dakle, Stojković i Mureika su zaključili da Laserska interferometrska svemirska antena (LISA), planirani međunarodni gravitacijski opservatorij, ne bi trebala otkriti bilo kakve gravitacijske valove koji proizlaze iz epohe niže dimenzije ranog svemira.
Stojković, docent fizike, kaže da teorija evoluirajućih dimenzija predstavlja radikalni pomak od načina na koji razmišljamo o kozmosu - o tome kako je nastao naš svemir.
Temeljna ideja je da dimenzionalnost prostora ovisi o veličini prostora koji promatramo, a manji su prostori povezani s manjim dimenzijama. To znači da će se otvoriti četvrta dimenzija - ako je već nije - dok se svemir nastavlja širiti.
Teorija također sugerira da prostor ima manje dimenzije pri vrlo velikim energijama vrste povezane s ranim, post-velikim praskom svemira.
Ako su Stojković i njegovi kolege u pravu, pomoći će im u rješavanju temeljnih problema sa standardnim modelom fizike čestica, uključujući sljedeće:
Nespojivost kvantne mehanike i opće relativnosti. Kvantna mehanika i opća relativnost matematički su okviri koji opisuju fiziku svemira. Kvantna mehanika je dobra u opisivanju svemira u vrlo malim mjerilima, dok je relativnost dobra u opisivanju svemira u velikim skalama. Trenutno se dvije teorije smatraju nespojivim; ali ako bi svemir na svojim najmanjim razinama imao manje dimenzije, matematičke razlike između dva okvira nestale bi.
Fizičari su primijetili kako se širenje svemira ubrzava, i ne znaju zašto. Dodavanje novih dimenzija kako svemir raste bi objasnio ovo ubrzanje. (Stojković kaže da se četvrta dimenzija možda već otvorila na velikim, kosmološkim mjerilima.)
Standardni model fizike čestica predviđa postojanje još uvijek neotkrivene elementarne čestice zvane Higgsov bozon. Da bi jednadžbe u standardnom modelu precizno opisale promatranu fiziku stvarnog svijeta, istraživači moraju umjetno prilagoditi masu Higgsovog bozona za interakcije između čestica koje se odvijaju pri velikim energijama. Ako prostor ima manje dimenzije pri visokim energijama, potreba za ovakvim "podešavanjem" nestaje.
„Ono što mi ovdje predlažemo je pomak u paradigmi“, rekao je Stojković. "Fizičari se bore s istim problemima 10, 20, 30 godina, a stalna proširenja postojećih ideja vjerojatno ih neće riješiti."
"Moramo uzeti u obzir mogućnost da nešto sustavno nije u redu s našim idejama", nastavio je. "Treba nam nešto radikalno i novo, a ovo je nešto radikalno i novo."
Budući da je planirano raspoređivanje LISA-e još puno godina, možda će proći dosta vremena prije nego što će Stojković i njegovi kolege uspjeti testirati svoje ideje na ovaj način.
Međutim, neki eksperimentalni dokazi već ukazuju na moguće postojanje prostora nižih dimenzija.
Znanstvenici su posebno primijetili da su glavni energetski tok čestica kozmičkih zraka s energijom većom od 1 teraelektronski volt - vrsta visoke energije povezane s vrlo ranim svemirom - usmjereni duž dvodimenzionalne ravnine.
Ako visoke energije odgovaraju prostorima nižih dimenzija, kao što sugerira teorija o "nestajućim dimenzijama", istraživači koji rade s velikim akceleratorima čestica velikog hadronskog sudara u Europi trebali bi vidjeti planarno raspršenje takvih energija.
Stojković kaže da bi promatranje takvih događaja bilo "vrlo uzbudljiv, neovisan test naših predloženih ideja."
Izvori: EurekAlert, Pisma o fizičkom pregledu.
