האם ליקום המוקדם היה רק ממד מרחבי אחד? זה התפיסה המסחררת את לבה של תיאוריה שהפיזיקאי דג'אן סטויקוביץ 'מהאוניברסיטה בבופלו ועמיתיהם הציעו בשנת 2010. הם הציעו שהיקום המוקדם - שהתפוצץ מנקודה אחת והיה בהתחלה מאוד מאוד קטן - היה חד ממדי (כמו קו ישר) לפני שהוא מתרחב לכלול שני ממדים (כמו מטוס) ואז שלושה (כמו העולם בו אנו חיים כיום).
התיאוריה, אם היא תקפה, תטפל בבעיות חשובות בפיזיקת החלקיקים.
כעת, במאמר חדש במכתבי ביקורת גופנית, מתארים פיזיקאי סטויקוביץ 'ולויולה מרימונט מאוניברסיטת ג'ונאס מוריקה מבחן שיכול להוכיח או להפריך את השערת "הממדים שנעלמים".
מכיוון שלוקח זמן עד שגלים וגלים אחרים יסעו לכדור הארץ, טלסקופים המציצים לחלל יכולים, למעשה, להביט אחורה אל הזמן כאשר הם בודקים את ירכיו החיצוניים של היקום.
גלי כבידה לא יכולים להתקיים במרחב חד-ממדי או דו-ממדי. אז סטויקוביץ 'ומוריקה הסיקו כי אנטנת החלל בלייזר אינטרפרומטר (LISA), מצפה הכוכבים הבינלאומי המתוכנן, לא אמור לגלות גלי כבידה הנובעים מהתקופות הממדיות התחתונות של היקום הקדום.
סטויקוביץ ', עוזר פרופסור לפיזיקה, אומר שתאוריית המימדים המתפתחים מייצגת שינוי קיצוני מהדרך בה אנו חושבים על הקוסמוס - על איך שהיקום שלנו היה.
רעיון הליבה הוא שמימד המרחב תלוי בגודל החלל שאנו צופים בו, כאשר חללים קטנים יותר קשורים בפחות ממדים. המשמעות היא שמימד רביעי ייפתח - אם הוא עדיין לא עשה זאת - ככל שהיקום ימשיך להתרחב.
התיאוריה מציעה גם כי לחלל יש פחות ממדים באנרגיות גבוהות מאוד מהסוג הקשור ליקום המפץ המוקדם, אחרי הגדול.
אם סטויקוביץ 'ועמיתיו צודקים, הם יעזרו לטפל בבעיות מהותיות במודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, כולל הדברים הבאים:
חוסר ההתאמה בין מכניקת הקוונטים לתורת היחסות הכללית. מכניקת הקוונטים ותורת היחסות הכללית הם מסגרות מתמטיות המתארות את הפיזיקה של היקום. מכניקת הקוונטים טובה בתיאור היקום בסולמות קטנים מאוד, ואילו היחסות טובה בתיאור היקום בסולמות גדולים. נכון לעכשיו, שתי התיאוריות נחשבות לא תואמות; אבל אם ליקום, ברמות הקטנות ביותר שלו, היו פחות ממדים, היו הפערים המתמטיים בין שתי המסגרות ייעלמו.
פיזיקאים הבחינו כי התפשטות היקום מואצת, והם אינם יודעים מדוע. תוספת של ממדים חדשים ככל שהיקום גדל תסביר את ההאצה הזו. (סטויקוביץ 'אומר שמימד רביעי אולי כבר נפתח בקנה מידה גדול וקוסמולוגי.)
המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים מנבא את קיומו של חלקיק אלמנטרי שטרם נתגלה בשם "בוזון היגס". עבור משוואות במודל הסטנדרטי כדי לתאר במדויק את הפיזיקה שנצפתה בעולם האמיתי, עם זאת, על החוקרים להתאים באופן מלאכותי את המסה של בוזון היגס לצורך אינטראקציות בין חלקיקים המתרחשים באנרגיות גבוהות. אם לחלל יש פחות ממדים באנרגיות גבוהות, הצורך ב"כיוונון "מסוג זה נעלם.
"מה שאנו מציעים כאן הוא שינוי הפרדיגמה," אמר סטויקוביץ '. "פיסיקאים נאבקו עם אותן בעיות במשך 10, 20, 30 שנה, והרחבות בלתי נשכחות של הרעיונות הקיימים לא צפויים לפתור אותן."
"עלינו לקחת בחשבון את האפשרות שמשהו לא בסדר באופן שיטתי ברעיונות שלנו," הוא המשיך. "אנו זקוקים למשהו רדיקלי וחדש וזה משהו רדיקלי וחדש."
מכיוון שהפריסה המתוכננת של LISA עדיין רחוקה שנים, יתכן שעבר זמן רב עד שסטויקוביץ 'ועמיתיו יוכלו לבדוק את רעיונותיהם בדרך זו.
עם זאת, כמה עדויות ניסיוניות כבר מצביעות על קיומו האפשרי של מרחב ממדי נמוך.
באופן ספציפי, מדענים הבחינו כי שטף האנרגיה העיקרי של חלקיקי קרניים קוסמיות עם אנרגיות העולה על וולט טרה-אלקטרון 1 - סוג האנרגיה הגבוהה הקשורה ליקום המוקדם מאוד - מיושרים לאורך מישור דו-ממדי.
אם אנרגיות גבוהות אכן תואמות את המרחב בממדים נמוכים יותר, כפי שמציעה תיאוריית "הממדים שנעלמים", החוקרים העובדים עם מאיץ החלקיקים הגדול של הדרון קולידר באירופה צריכים לראות מתפזרים מישוריים באנרגיות כאלה.
סטויקוביץ 'אומר שהתצפית באירועים מסוג זה תהיה "מבחן מאוד מרגש ועצמאי של הרעיונות המוצעים שלנו."
מקורות: EurekAlert, מכתבי ביקורת פיזיים.
