Чи мав ранній Всесвіт лише один просторовий вимір? Це розумна концепція в основі теорії, яку фізик Деян Стойкович з університету в Буффало запропонував у 2010 році. Вони припустили, що ранній Всесвіт - який вибухнув з однієї точки і був спочатку дуже-дуже маленьким - одновимірний (як пряма) перед розширенням, щоб включити два виміри (як площина), а потім три (як світ, в якому ми живемо сьогодні).
Ця теорія, як би справедлива, вирішила б важливі проблеми фізики частинок.
Тепер, у новій статті у «Фізичному оглядовому листі», Стойкович та фізик з університету Лойоли Меріманд Йонас Мурейка описують тест, який міг би довести або спростувати гіпотезу про «зникаючі розміри».
Оскільки потрібен час, щоб легкі та інші хвилі подорожували до Землі, телескопи, що заглядають у космос, можуть, по суті, озиватися назад у часі, коли вони досліджують зовнішні обходи Всесвіту.
Гравітаційні хвилі не можуть існувати в одно- або двовимірному просторі. Тож Стойкович та Мурейка обґрунтували, що космічна антена лазерного інтерферометра (LISA), запланована міжнародна гравітаційна обсерваторія, не повинна виявляти жодних гравітаційних хвиль, що випливають із нижньомірних епох раннього Всесвіту.
Стойкович, доцент фізики, каже, що теорія еволюціонуючих вимірів являє собою кардинальний зсув від того, як ми думаємо про космос, - від того, яким був наш Всесвіт.
Основна ідея полягає в тому, що розмірність простору залежить від розміру простору, який ми спостерігаємо, з меншими просторами, пов'язаними з меншими розмірами. Це означає, що четвертий вимір відкриється - якщо цього ще не було - як Всесвіт продовжує розширюватися.
Теорія також припускає, що простір має менші розміри при дуже високих енергіях, подібних до раннього, після великого Всесвіту.
Якщо Стойкович та його колеги мають рацію, вони допоможуть вирішити фундаментальні проблеми зі стандартною моделлю фізики частинок, включаючи наступне:
Несумісність між квантовою механікою та загальною відносністю. Квантова механіка та загальна відносність - це математичні рамки, які описують фізику Всесвіту. Квантова механіка добре описує Всесвіт у дуже малих масштабах, тоді як відносність хороша при описі Всесвіту у великих масштабах. В даний час дві теорії вважаються несумісними; але якби Всесвіт на своїх найменших рівнях мала менші розміри, математичні розбіжності між двома рамками зникли б.
Фізики помітили, що розширення Всесвіту прискорюється, і вони не знають, чому. Додавання нових вимірів у міру зростання Всесвіту пояснило б це прискорення. (Стойкович говорить, що четвертий вимір, можливо, вже відкрився на великих, космологічних масштабах.)
Стандартна модель фізики частинок передбачає існування ще нерозкритої елементарної частинки під назвою бозона Хіггса. Однак для рівнянь у стандартній моделі для точного опису спостережуваної фізики реального світу, однак, дослідники повинні штучно регулювати масу бозона Хіггса для взаємодій між частинками, що відбуваються при високій енергії. Якщо простір має менші розміри при великих енергіях, потреба в такому «настроюванні» зникає.
"Що ми пропонуємо тут - це зміна парадигми", - сказав Стойкович. "Фізики боролися з тими ж проблемами протягом 10, 20, 30 років, і прямі розширення існуючих ідей навряд чи зможуть їх вирішити".
"Ми маємо враховувати можливість того, що щось систематично не відповідає нашим ідеям", - продовжив він. "Нам потрібно щось радикальне і нове, і це щось радикальне і нове".
Оскільки заплановане розгортання LISA ще минуло років, Стойкович та його колеги зможуть перевірити свої ідеї саме таким чином.
Однак деякі експериментальні дані вже вказують на можливе існування простору нижнього розміру.
Зокрема, вчені зауважили, що основний потік енергії частинок космічних променів, енергія яких перевищує 1 тераелектронний вольт - вид високої енергії, пов'язаний із самим раннім Всесвітом, розташовані уздовж двовимірної площини.
Якщо велика енергія відповідає простору нижнього розміру, як пропонує теорія «зникаючих розмірів», то дослідникам, які працюють з прискорювачем частинок великого адронного колайдера в Європі, слід побачити планарне розсіювання при таких енергіях.
Стойкович каже, що спостереження за такими подіями було б "дуже захоплюючим, незалежним випробуванням наших запропонованих ідей".
Джерела: EurekAlert, Physical Review Letters.
