Vsakodnevno življenje nam je vsem omogočilo udobje s 3 dimenzijami; nenehno komuniciramo s predmeti, ki imajo višino, širino in globino. Toda zakaj ima naše vesolje tri prostorske dimenzije, je bil problem za fizike, še posebej, ker 3-dimenzionalnega vesolja ni enostavno razložiti v okviru teorije superstrun ali kozmologije velikega poka. Pred kratkim so trije raziskovalci prišli do razlage.
Zgodovina vesolja se začne z Velikim pokom. Kredit za sliko: grandunificationtheory.com
Večina astronomov se strinja s kozmologijo Velikega poka, modelom, ki predlaga, da se je vesolje rodilo iz eksplozije neskončno majhne točke. Teorijo podpirajo opazovanja kozmičnega mikrovalovnega ozadja in številčnosti nekaterih naravnih elementov. Toda kozmologija velikega poka je v nasprotju z Einsteinovo teorijo splošne relativnosti – splošna relativnost ne dopušča nobene situacije, v kateri je celotno vesolje ena drobna točka, kar pomeni, da ta teorija sama ne more razložiti izvora vesolja.
Nezdružljivost med splošno relativnostjo in kozmologijo Velikega poka je zmešala kozmologe. Toda pred skoraj 40 leti se je teorija superstrun pojavila kot možna poenotena teorija vsega.
Vizualizacija nizov. Avtor slike: R. Dijkgraaf.
Teorija superstrun kaže, da so štiri temeljne interakcije med elementarnimi delci – elektromagnetna sila, šibka interakcija, močna interakcija in gravitacija – predstavljene kot različni načini nihanja zelo drobnih strun. Ker je gravitacija ena od temeljnih sil, teorija superstrun vključuje razlago splošne relativnosti. Težava je v tem, da teorija superstrun predvideva, da obstaja 10 dimenzij – 9 prostorskih in ena časovna. Kako to deluje z našim 3-dimenzionalnim vesoljem?
Teorija superstrun je že leta ostala le malo več kot teorija. Preiskave so bile omejene na razpravo o modelih in scenarijih, saj je bilo izvajanje dejanskih izračunov izjemno težko. Kot taka sta veljavnost in uporabnost teorije superstrun ostali nejasni.
Toda skupini treh raziskovalcev, izredni profesor na KEK Jun Nishimura, izredni profesor na univerzi Shizuoka Asato Tsuchiya in projektni raziskovalec na univerzi Osaka Sang-Woo Kim, je uspelo ustvariti model rojstva vesolja, ki temelji na teoriji superstrun.
S pomočjo superračunalnika so ugotovili, da je imelo vesolje v trenutku velikega poka 10 dimenzij – 9 prostorskih in 1 časovno –, vendar so se le 3 od teh prostorskih dimenzij razširile.
Ta 'otroška slika' vesolja prikazuje majhne razlike v temperaturi mikrovalovnega ozadja sevanja. Vroče točke so prikazane kot rdeče, hladne kot temno modre. Zasluge: NASA/WMAP Science Team
Ekipa je razvila metodo za izračun matrik, ki predstavljajo interakcije nizov. Te matrike so uporabili za izračun, kako se 9-dimenzionalni prostor spreminja skozi čas. Ko so se pomikali dlje v preteklost, so ugotovili, da se prostor razširi v 9 smereh, vendar se na neki točki začnejo hitro širiti le 3 smeri.
Skratka, tridimenzionalni prostor, v katerem živimo, je lahko posledica 9 prvotnih prostorskih dimenzij, ki jih napoveduje teorija strun.
Ta rezultat je le del rešitve uganke prostorsko-časovne dimenzionalnosti, vendar močno podpira veljavnost teorije superstrun. Možno pa je, da bo ta nova metoda analize teorije superstrun s superračunalniki privedla do njene uporabe pri reševanju drugih kozmoloških vprašanj.
Vir: mehanizem, ki pojasnjuje, zakaj se je naše vesolje rodilo s 3 dimenzijami.