O idee nouă, simplă dar stimulatoare și-a făcut loc în lumea complicată a universului fizicii energiei înalte. Ea propune ipoteza unui univers timpuriu ce ar fi evoluat într-o linie corespondentă unei singure dimensiuni. Nu o sferă în explozie, nu un balon haotic de foc. Doar o simplă linie de energie pură.
O dată cu trecerea timpului, pe măsură ce linia a crescut, ea s-a disociat și intersectat pe sine tot mai mult și mai mult, formând gradual o țesătură de agregare, care pe distanțe uriașe, au apărut ca un plan 2D (în două dimensiuni). După o durată mai mare, universul 2D a expandat și prin răsuciri complexe a fost creată o rețea – universul 3D (tridimensional) pe care îl vedem astăzi.
Acest concept al ”dimensiunilor dispărute”, chemat să descrie ce s-a întâmplat la originea universului, la prima privire în timp, a început să pară atractivă, în ultimele luni, pentru comunitatea științifică ce studiază fizica energiei înalte.
Dacă acest concept este corect, el promite să ofere cărămida lipsă în podul dintre mecanica cuantică (fizica microcosmică) și relativitatea generală – fizica spațiu-timpului. Ar putea conferi o logică aparte și ipoteticei particule elementare numită bosonul Higs, celebra ”Particulă a lui Dumnezeu”. Și, cel mai important, va face această conexiune cu o elegantă simplicitate.
”În ultimii 30 de ani, fizicienii au încercat să facă teoriile tot mai complicate, introducând în ecuație mai multe particule, mai multe dimensiuni”, a spus Dejan Stojkovic, fizician la Universitatea din Buffalo care a cercetat dimensiunile dispărute. ”Am hotărât să purcedem pe cealaltă cale și să simplificăm teoriile din domeniul energiei înalte. Rezultatul este schimbarea fundalului evoluției energiei înalte în universul timpuriu, față de modelul standard al fizicii particulelor, așa cum este curent formulată. În 1D (într-o singură dimensiune), problema se simplifică extraordinar.
Cum este Viața pe o linie?
Conform acestei teorii, în prima mie de triliardime de secundă după Big-Bang, până la momentul în care Universul s-a răcit la o temperatură medie de 100 de tera electroni volți (TeV este de fapt o măsură a energiei, dar energia și temperatura corespund), acesta a fost un Univers unidimensional (1D).
Așadar, cum ar fi putut fi universul tânăr?
”Într-o singură dimensiune, avem un nou sens al unificării”, a precizat Stojkovic pentru Life’s Little Mistery, un site soră al Space.com. ”În prezent, noi vedem o lume diversificată pentru că suntem în 3D. Când coborâm înspre 1D, lucrurile se simplifică. Proprietățile prin care se disting diferitele particule nu mai există, așa încât ele sunt similare. Nu există rotație. Tot ce aveți este ”înainte” și ”înapoi”, iar energia se deplasează fie într-o direcție, fie în cealaltă.”
”Pe măsura trecerii timpului, acest univers coardă 1D evoluează, intersectându-se pe sine de mai multe ori, pentru a realiza o țesătură”. A doua dimensiune este creată, iar mai târziu, a treia dimensiune, în același fel în care o foarte de hârtie 2D poate fi pliată pentru a realiza o carte cu figuri 3D.
Însă Stojkovic nu a identificat încă mecanismul care determină evoluția universului pe măsura trecerii timpului.
”Trebuie să explicăm ce anume determină evoluția și cum se produce energetic. Avem nevoie de un model precis care începe cu o coardă și creează dimensiuni mai înalte pe măsura evoluției în timp, până la Universul spațiu-timp pe care îl percepem astăzi”, a precizat Stojkovic.
În forma scheletică a acestui model, Stojkovic se referă la dimensiunile dispărute mai degrabă ca fiind cadrul, iar nu teoria. ”Ca și cadru, dimensiunile dispărute par grozave. Însă avem foarte multe de lucru la detalii!”, a mai spus.
Testarea teoriei
Spre deosebire de teoria stringurilor, un concept similar foarte frumos care descrie arhitectura universului, cadrul dimensiunilor dispărute ar putea fi verificabil prin experimentare: în această lună, Stojkovic și Jonas Mureika, fizician la Universitatea Loyola Marymount din Los Angeles, au publicat primul articol științific asupra acestei topici în prestigiosul jurnal ”Phisical Review Letters”, prezentând modul în care își propun să experimenteze dacă universul timpuriu a fost unidimensional.
Experimentul implică undele gravitaționale – oscilații foarte subtile considerate a fi emanate de obiectele masive și care călătoresc prin spațiu-timp. Undele gravitaționale nu au fost niciodată detectate, dar existența lor a fost prezisă de modelul standard al fizicii particulelor, și fizicienii speră să le observe în următoarea decadă utilizând o rețea de sateliți în spațiu.
Undele gravitaționale poartă o semnătură energetică a obiectelor care le-au creat. Dacă Stojkovic are dreptate, atunci nici o undă gravitațională nu ar trebui să existe dinaintea momentului când universul a devenit tri-dimensional.
”Undele gravitaționale nu călătoresc în mai puțin de trei dimensiuni”, a spus Stojkovic. ”Dacă mergeți în jos spre două dimensiuni, undele gravitaționale nu există. Cu atât mai puțin într-o singură dimensiune”
”Dacă propunerea noastră este corect, saltul de la 2D la 3D s-a întâmplat atunci când energia universului s-a răcit către 1TeV”, a adăugat Stojkovic. Aceasta s-a întâmplat la o triliardime de secundă după Big-Bang. ”Când universul timpuriu s-a aflat la 1 TeV, a realizat tranziția de la 2D la 3D și, la acel moment undele gravitaționale au început să fie produse – dar numai după și nu înainte!”. O absență a undelor gravitaționale cu energiile asociate mai mari de 1TeV ar da greutate acestei teorii.
Când viitorii sateliți vor măsura frecvențele și energiile corespunzătoare ale undelor gravitaționale, Stojkovic speră că aceștia vor descoperi o întrerupere.
”Va exista o întrerupere în frecvențele superioare, atunci când se vor măsura undele gravitaționale, corespunzând tranziției de la 2D la 3D”, a spus Stojkovic. Dacă aceste instrumente vor identifica întreruperea preconizată de Stojkovic, atunci dimensiunile dispărute vor reprezenta un mare pas înainte.
Unii fizicieni obiectează asupra premisei testului experimental, anume că undele gravitaționale se vor întrerupe la o anumită frecvență, afirmând că este improbabilă detectarea unei absențe generice a oricărei radiații pe o anumită frecvență sau că dimensiunile dispărute sunt puse pur și simplu în contextul gravitației și atât, fără a se explica mecanismul care determină fenomenele.
Ideea dimensiunilor dispărute este chiar interesantă și potențial valoroasă, atâta timp cât cineva va explica ce înseamnă clar dimensiuni dispărute. Fără un model concret, bine definit matematic, asupra modului în care dimensiunile vor dispărea, nu se poate spune prea mult.
Indicii date de razele cosmice
Oricât de vag ar părea acest concept, un indiciu care să confirme dimensiunile dispărute ar putea exista deja. ”Când razele cosmice se lovesc cu particulele în atmosferă, este creat un duș de alte particule”, a spus Stojkovic. ”Acest duș arată ca un con. Și precum vă puteți imagina, o felie transversală a conului arată ca un cerc.”
”Ei bine, se pare că acele coliziuni cu raze cosmice de energie înaltă sunt, în schimb, plane, ceea ce înseamnă că ele se petrec mai degrabă în 2D, decât în 3D”, a mai adăugat Stojkovic. Dimensiunile par să dispară în ceea ce privește acele coliziuni cu particule care din punct de vedere energetic aparțin universului timpuriu. În două dimensiuni, ”o rază cosmică lovește o particulă, apoi creează un duș de particule care se propagă în formă de cerc. O zonă a cercului arată ca o linie și asta este ceea ce detectorii au sesizat în atmosfera foarte înaltă”.
Experimentele de la acceleratorul LHC (Large Hadron Collider) ar trebui să poată proba energii destul de înalte, pentru a vedea același domeniu 2D, a spus cercetătorii.
”LHC ar trebui să sesizeze același aliniament”, a explicat Stojkovic. ”Evenimentele particulelor ar trebui să se alinieze pe un plan.”
Dacă acest lucru se va întâmpla, noul cadru al dimensiunilor dispărute a deveni mult mai atractiv, iar imaginea frumoasă și simplă a universului timpuriu va intra în atenția tuturor.
Crișan Petru Ciprian
