Fizikai tyrinėja žemesnes visatos dimensijas

Keletas hipotetinių fizikos teorijų apima papildomas dimensijas esančias už mums gerai žinomų keturių (trys erdvės ir viena laiko) dimensijų ribų. Kai kurios teorijos teigia, kad egzistuoja 5, 10, 26 ar net daugiau papildomų erdvinių dimensijų, „besislepiančių“ už trijų regimų dimensijų. Vienintelis panašumas, kurį turi visos tos dimensijos yra tas, kai nė viena nebuvo atrasta eksperimentuojant, visos jos tėra matematiniai spėjimai.

Visai neseniai fizikai teorizavo apie žemesnių dimensijų egzistavimą, kuriose visata susideda tik iš dviejų arba net vienos erdvinės dimensijos einančios kartu su laiko dimensija. Teorijos kelia prielaidą žemesnės dimensijos egzistavo praeityje, kai visata buvo daug mažesnė ir jos energijos lygis bei temperatūra buvo daug aukštesni, nei šiandien. Be to atrodo, kad žemesniųjų dimensijų koncepcija turi šiek tiek eksperimentinio pagrįstumo kosminių spindulių stebėjimuose.

Naujame tyrime, lietuvių kilmės fizikas Jonas Mureika, dirbantis Kalifornijos, Los Andželo „Loyola Marymount“ universitete kartu su Dejan Stojkovic iš „Buffalo Buffalo SUNNY“, Niū Jorkas, pasiūlė naują ir nepriklausomą būdą, kaip aptikti papildomas dimensijas. Savo tyrimo išvadas jie paskelbė naujame „Physical Review Letters“ numeryje.

2010tais metais fizikų komanda, kurioje taip pat buvo Stojkovic pasiūlė žemesniųjų dimensijų struktūrą, kurioje erdvėlaikis iš esmės yra „1 + 1“ dimensinė visata (turima omenyje, kad ji susideda iš vienos erdvės ir vienos laiko dimensijų). Kitaip tariant visata yra tiesi linija, kuri yra „įpakuota“ taip, kad ji atrodo lyg „3+1“ dimensija dėl aukštesnių, šiandieninių energijos mastų. Ir tai yra mums matoma dimensija.

Mokslininkai nežino tikslių energijos lygių (arba tikslaus visatos amžiaus), kai prasidėjo tarpdimensiniai perėjimai. Tačiau jie mano, kad visatos energijos lygis ir dydis tiesiogiai nustato savo dimensijų skaičių. Laikui bėgant, bei kintant visatos energijos lygiams ir dydžiui kinta ir dimensijų skaičius. Jie numano, kad „1 + 1“ dimensinės visatos perėjimas į „2 + 1“ dimensinę visatą įvyko, kai visatos temperatūra buvo apie ar mažiau nei 100TeV, o „2 + 1“ perėjimas į „3 + 1“ dimensinę visatą įvyko daug vėliau, kai temperatūra tesiekė 1TeV. Šiandien visatos temperatūra yra apie 10-3 eV.

Gali būti, kad kol kas tėra vienas eksperimentu pagrįstas papildomų žemesniųjų dimensijų egzistavimo įrodymas esantis didesnės energijos skalėje. Bestebint kosminių spindulių daleles kosmose, mokslininkai atrado, kad esant didesnei nei 1 TeV energijai, pagrindiniai energijos srautai lygiuojasi į 2 dimensijų plokštumą. Tai reikia, kad viršijant tam tikrą energijos lygį, dalelės sklinda dvejose dimensijose, vietoj trijų.

Dabartiniame tyrime, Mureika ir Stojkovic pasiųlė dar vieną būdą žemesnėms dimensijoms tirti, būdą, kuris suteikia galimybę nepriklausomiems įrodymams apie žemesnių dimensijų egzistavimą gauti. Tyrimas yra pagrįstas prielaida, kad „2 + 1“ dimensinis erdvėlaikis, kuris yra plokštuma, neturi laisvo gravitacinio svorio. Tai reiškia, kad nei gravitacinės bangos nei gravitonai tame laikotarpyje negalėjo būti kuriami. Taigi, fizikai siūlo, kad ateities gravitacinių bangų detektoriai, žvelgiantys giliai į kosmosą, parodys jog pirmapradės gravitacinės bangos negali būti generuojamos prie tam tikro dažnio ir šis dažnis būtų perėjimas tarp dimensijų. Žiūrėdami atgal mes pamatytume, kad viena iš mūsų erdvės dimensijų „išgaravo“.

Mokslininkai pridūrė, kad turėtų būti įmanoma ištirti ir „1 + 1“ erdvėlaikio dimensijų egzistavimą, bet tai padaryti būtų daug sudėtingiau.
„Tai bus labai sudėtinga pasitelkus dabartinius eksperimentus“, sakė Stojkovic, „Bet tai gali būti pasiekta pasitelkus LHC (didįjį dalelių greitintuvą) ar kosminių spindulių tyrimus, jei dviejų dimensijų perėjimo į vieną dimensiją skalė yra 10 TeV“.

Žemesnės dimensijos esančios aukštesnės energijos aplinkoje turėtų keletą privalumų kosmologams. Pavyzdžiui kvantinės gravitacijos modeliai „2 + 1“ ir „1 + 1“ dimensijose galėtų įveikti kai kurias problemas, kurios kyla „3 + 1“ dimensijoje. Taipogi, erdvėlaikio dimensijų skaičiaus sumažinimas padėtų išspręsti kosmologinės konstantos problemą, kuri pasireiškia neatitikimu su teoriniais apskaičiavimais, nors kosmologinė konstanta yra gerai sureguliuota stebėjimams. Sprendimas gali glūdėti energijos, besislepiančios tarp dviejų mūsų „3 + 1“ erdvėlaikio dimensijos klosčių, egzistavime, kuri leistų „4 + 1“ erdvėlaikio dimensijos atsiradimui ateityje, kai visata atvės tiek, kad įvyktų dar vienas dimensijų perėjimas.