Régóta ismert elmélet, hogy amikor univerzumunk létrejött, az ősrobbanásból a tér három dimenziója és az idő egy dimenziója emelkedett ki. E...
Régóta ismert elmélet, hogy amikor univerzumunk létrejött, az ősrobbanásból a tér három dimenziója és az idő egy dimenziója emelkedett ki.
Ez volt az az esemény, amely mindent megteremtett, amit magunk körül látunk, a hidrogénből és a héliumból kialakult csillagokat és a bolygókat, a fekete lyukakat és a galaxisokat, sőt a saját létezésünket is.
Van azonban némi vita a hagyományos meggyőződéssel kapcsolatban, miszerint az univerzumban nem csupán a tér három dimenziója és az idő egy dimenziója létezik.
Néhány extra dimenzió beillesztése valójában megoldja a trükkösebb problémákat, amelyeken még mindig dolgozunk, hogy megértsük a fizika standard modelljét.
Tehát lehet-e univerzumunknak valóban több idődimenziója?
Einstein felelős azért, amit arról tudunk, hogyan működik az univerzum makroméretben.
Általános és speciális relativitáselméletei nagy szerepet játszottak a fizika egészére vonatkozó megértésünk alakításában, de a húrelmélet és a kvantumfizika, amelyek nagyon fontosak az előttünk álló vita szempontjából, még gyerekcipőben jártak, amikor Einstein meghalt.
Azóta mindkettő kidolgozott hipotézissé vált, de mindkettőnek vannak bizonyos aspektusai, amelyek nem egyeztethetők össze Einstein munkásságával.
Mielőtt belekezdenénk ezekbe a szórakoztató dolgokba, nézzük meg, mik azok a dimenziók, és honnan tudjuk, hogy léteznek?
Kezdjük azzal a három dimenzióval, amelyekkel a mindennapi életünkben találkozunk: hosszúság, szélesség és magasság. Egy egyenest egydimenziósnak tekintünk. Csak hossza van, de nincs vastagsága, és örökké haladhat mindkét irányban.
A kétdimenziós objektumok, például valami lapos, mint egy kör vagy négyzet, szélességgel és magassággal rendelkeznek, de nincs mélységük vagy "vastagságuk".
Bármi, aminek hosszúsága, szélessége és magassága van, háromdimenziósnak tekinthető, és az idő, mint tudjuk, a kissé megfoghatatlanabb negyedik dimenzió ... ezért az univerzum szövetét formálisan téridőnek nevezik, nem pedig egyszerű űrnek.
És itt jön a képbe a húrelmélet vitája.
Mi az a húrelmélet?
A hagyományos fizika azt állítja, hogy az univerzum 3 térbeli dimenzióból és egy idődimenzióból áll. Maga a világegyetem térfogatában többnyire üres, de amit megfigyelhetünk, úgy gondolják, hogy a "normál anyag" csak körülbelül 5 százaléka (gondoljunk csak a protonokra, elektronokra, neutronokra, kvarkokra stb.).
Nagyjából 27 százaléka úgynevezett sötét anyag, míg a fennmaradó 68 százalék egy titokzatos ismeretlen erőnek tulajdonítható, amelyről úgy gondolják, hogy az univerzum tágulását okozza, és a sötét energia nevet kapta.
A húrelmélet a lehető legegyszerűbben azt mondja nekünk, hogy képzeljük el, hogy a világegyetem szövete és minden benne nem pontszerű részecskékből áll, hanem érthetetlenül apró húrokból - melyek sokkal kisebbek, mint a legkisebb atom.
Ezek a húrok a saját frekvenciájukon rezegnek, így elképzelhető, hogy amit pontszerű részecskéknek érzékelünk, valójában egyáltalán nem részecskék, hanem olyan apró húrok, amelyek 10-33 centiméter hosszúak. Ez egy tizedespont, amelyet 32 nulla követ, majd egy 1-es. Egyesek elmélete szerint egy húr hossza ugyanolyan arányban lenne a proton átmérőjével, mint a protoné a Naprendszer átmérőjével.
Ezeknek a húroknak két különböző típusa létezik: az egyik nyitott, a másik zárt - bár mindkettő túl kicsi ahhoz, hogy a jelenlegi technológia megfigyelhesse őket. Ahogy a neve is sugallja, a nyitott húrok olyanok, mint a hullámos vonalak, amelyek nem érnek egymás végéhez, míg az ellenkezője igaz a zárt húrokra - hurkokat képeznek, és nincsenek nyitott végeik.
Ahhoz azonban, hogy a húrelmélet működjön, a matematika azt diktálja, hogy a térnek és az időnek számos további dimenziójának kell léteznie. Ha bizonyítékot találunk ezekre a más dimenziókra, és ha az extra dimenziók száma 10 és 26 között mozog, az nemcsak a kvantumfizika megértését változtatná meg, hanem egy lépéssel közelebb kerülnénk az egységes és hiteles "mindenség elméletének" létrehozásához. Olyat, amely összhangban lenne mind a kvantumfizikával, mind a makrofizikával - például a természeti erőkkel és a gravitációval, ami nem könnyű teljesítmény.
Lehet-e az időnek egy extra dimenziója?
A szokásos módon sok ilyen elméleti érv Einstein munkájához kapcsolódik. Az Einstein idejében meglévő hit figyelmen kívül hagyása egyszerűen csak egy igazán bonyolult illúzió lehet, és a kérdésre adható válasz, hogy létezhetnek-e további idődimenziók, egy határozott talán. Valójában a csillagászok némelyike azt vizsgálja, hogy a természet alapvető erőit és a fizika törvényeit hogyan befolyásolja az idő, és néhány csillagász úgy véli, hogy az idő legalább egy extra dimenziójának alkalmazása megoldaná az egyik legnagyobb fennmaradó kozmológiai rejtélyt.
Még mindig nem tudjuk pontosan, hogy mi a gravitáció, vagy hogyan befolyásolja teljes mértékben a látott és láthatatlan anyagot. Legjobb sejtésünk ismét egy einsteini elmélet, ami azt mondja, hogy a gravitáció a téridő elvetemedése által létrehozott erő. Minél nagyobb az objektum, annál jobban felforgatja a körülötte lévő téridőt, és annál erősebb lesz a gravitációs vonzása. Ez mind rendben lenne, ha nem kellene összehoznunk a gravitációs elméleteinket a kvantumelmélettel, de ezt tesszük, és ebben rejlik a probléma.
A gravitációról meglévő jelenlegi felfogásunk egyszerűen nem áll összhangban a kvantummechanika más elemeivel. A fennmaradó természeti erők - az elektromágneses erő és az erős és gyenge nukleáris erők - mind beleférnek a mikrouniverzum keretébe, de a gravitációba nem. Remélhetőleg a húrelmélet segíthet megoldani ezt a rejtélyt. Legalább egy fizikus állítja, hogy az idő nem csupán egydimenziós.
Itzhak Bars, az USC College elméleti fizikusa a NewScientist-nek elmondta: "Az időnek nem csak egy dimenziója van, hanem kettő. Egy egész dimenzió eddig teljesen észrevétlen maradt számunkra."
Azt is leírta, hogyan létezhetnek a tér extra dimenziói a mi "látómezőnkben," mondván: "Az extra térdimenziókat nem könnyű elképzelni - a mindennapi életben soha senki nem vesz észre háromnál többet. Bármilyen lépésünk leírható három irányú mozgással - felfelé, oda-vissza vagy oldalra. Hasonlóképpen, bármely hely leírható három számmal (szélesség, hosszúság és magasság), amely megfelel a tér három dimenziójának. Azonban más dimenziók is létezhetnek, ha apró golyókká gömbölyödnek, melyek túl kicsik ahhoz, hogy észrevegyük őket. Ha átlépnénk ezen dimenziók valamelyikén, olyan gyorsan visszatérnénk oda, ahonnan elindultunk, hogy soha nem vennénk észre, hogy megmozdultunk."
"A tér extra dimenziója valóban létezhet, csak olyan kicsi, hogy nem látjuk".
Mit jelentene az idő extra dimenziója?
A fizika többnyire azzal érvel, hogy az időnek dimenziónak kell lennie, de minden bizonnyal vannak olyan fizikusok, akik úgy vélik, hogy az idő csak emberi konstrukció. Mások azzal érvelnek, hogy több idődimenziónak kell lennie, mint azt korábban hitték. Mit jelentene a fizika szempontjából, ha ez igaz lenne?
Nos, Bars számára ez azt jelentené: "Zöld fény az időutazás ötletének. Ha az idő egydimenziós, mint egy egyenes, akkor a múltat, a jelent és a jövőt összekötő útvonal egyértelműen meghatározott. Egy másik dimenzió hozzáadása átalakítja az időt egy kétdimenziós síkká, mint egy lapos papírlap. Ilyen síkon a múlt és a jövő közötti út visszafordulna önmagába, lehetővé téve az időben előre-hátra utazást. Ez mindenféle abszurdumot lehetővé tesz ilyen helyzetekben, mint például a híres nagyapa paradoxon. Ebben a forgatókönyvben visszamehetünk, és megölhetjük nagyapánkat, mielőtt megszületett volna az anyánk, és ezáltal megakadályozhatnánk saját születésünket."
1995-ben, amikor Bars utalásokat talált az M-elméletben (a szuperhúr-elmélet minden következetes változatát egyesítő elmélet), hogy lehetséges egy extra idődimenzió, akkor elhatározta, hogy közelebbről megvizsgálja.
Amikor ezt megtette, Bars megállapította, hogy egy kulcsfontosságú matematikai szerkezet, amely közös az M-elmélet mind a 11 dimenziójában (10 tér- és 1 idődimenzió), érintetlen maradt, amikor hozzáadott egy további dimenziót. "Egy feltétellel," - mondja Bars. "Az extra dimenziónak időszerűnek kell lennie." (1)
(1) - https://interestingengineering.com/could
