Egy vonalból született a világegyetem?

Egy meglepően egyszerű új elmélet jelent meg a nagy energiájú fizika felettébb bonyolult világában. Az elmélet szerint az univerzum születésekor mindössze egy egydimenziós vonal volt. Nem egy szétrobbanó gömb, vagy egy kaotikus tűzlabda, csupán egy egyszerű, tiszta energiavonal.

Idővel, ahogy a vonal növekedett, egyre többször keresztezte és metszette önmagát, fokozatosan alakítva ki egy szorosan egymásba fonódó anyagot, ami nagy távolságokból egy kétdimenziós síknak látszott. Még több idő elteltével a kétdimenziós univerzum tágulni kezdett, időről időre megtekeredve, végül egy hálóvá alakulva elnyerte mai háromdimenziós lényét.

Az "eltűnő dimenziók" névre keresztelt koncepció az elmúlt hónapokban egyre nagyobb figyelmet kapott a nagyenergiájú fizika berkeiben. Ha az elmélet helytálló, akkor áthidalhatná a parányi dolgok fizikája, a kvantum mechanika és a tér-idő fizikája, az általános relativitás közötti szakadékot, sőt az elméleti elemi részecskének, a Higgs-bozonnak is értelmet adna, mindezt elegáns egyszerűséggel.

"Az elmúlt 30 évben a fizikusok egyre bonyolultabbá tették az elméleteinket, újabb részecskék és dimenziók bevezetésével" - mondta Dejan Stojkovic, az amerikai Buffalo Egyetem fizikusa, az eltűnő dimenziók egyik kutatója. "Elhatároztuk, hogy a másik irányba indulunk, és egyszerűbbé tesszük az elméleteket a nagyenergiájú fizika birodalmában. Megváltoztatjuk azt a háttért, ami alapján a részecskefizika standard modelljét szabályba foglaljuk. Az egy dimenzió nagyban hozzájárul az egyszerűsítéshez"

Az elmélet szerint az ősrobbanás legelső másodpercének első ezerbilliomod részéig számítva, egészen addig a pillanatig, míg az univerzum átlagos hőmérséklete 100 TeV-re le nem hűlt, az egész csupán egy 1D-s vonal volt. Milyen lehetett tehát a fiatal univerzum?

"Az egy dimenzió új értelmet ad az egységesítésnek" - magyarázta Stojkovic. "Jelenleg a három dimenzió miatt egy változatos világot látunk. Ha átmegyünk 1D-be, a dolgok sokkal egyszerűbbé válnak. A részecskéket különbözővé tevő tulajdonságok nem léteznek többé, így mind egyformává válnak. Nincs forgás, csak előre és hátra mozgás, az energia ebbe a két irányba halad. Az idő előrehaladásával az 1D-s szerkezet fejlődni kezd, számtalanszor átszelve önmagát egy anyagot épít fel. Ezzel elkészült a második dimenzió, majd idővel a harmadik, valahogy úgy, ahogy egy kétdimenziós papírlapot összehajtogathatunk úgy, hogy egy hajtogatós könyvet kapjunk"

Az elmélet egyik gyenge pontja, hogy a fejlődés mögött meghúzódó mechanizmust még nem sikerült azonosítani. "Meg kell magyaráznunk, mi okozta a különböző energiák fejlődését. Egy pontos modellre van szükség, ami egy vonalból indul és magasabb dimenziókba lép, ahogy az időben fejlődik, létre hozva a ma észlelhető tér-időt" - folytatta Stojkovic, aki jelenlegi formájában maga is inkább csak egy vázként tekint az eltűnő dimenziókra, mintsem egy elméletként. "Vázként ez csodálatos, azonban a részletek még kidolgozásra várnak" - tette hozzá.

A húrelmélettel ellentétben, ami ugyancsak egy szép hasonlat a világegyetem architektúrájának magyarázatára, az eltűnő dimenziók elmélete kísérletekkel is ellenőrizhető. Áprilisban Stojkovic és Jonas Mureika, a Los Angelesi Loyola Marymount Egyetem fizikusa, közzétette első lektorált cikkét a Physical Review Letters szaklapban, amiben megtervezik a korai világegyetem egydimenziós voltát igazoló kísérletet. A kísérlet a gravitációs hullámokon keresztül igyekezne bizonyítani Stojkovic elvét. A gravitációs hullámok azok a tér-időn keresztül terjedő gyenge rezgések, amiket elméletileg a nagy tömegű objektumok bocsátanak ki. Ezeket a hullámokat soha nem észlelték, a standard modell azonban megjósolta létezésüket. A fizikusok reményei szerint a következő évtizedben, egy műholdhálózat segítségével sikerülni fog az észlelésük.

A gravitációs hullámok magukba foglalják az őket létrehozó objektum energiajelét. Amennyiben Stojkovicnak igaza van, akkor nem létezhet gravitációs hullám azokból az időkből, mielőtt az univerzum háromdimenzióssá vált. "A gravitációs hullámok nem terjednek háromnál kevesebb térbeli dimenzióban" - taglalta.


Ha a feltevés helyes, akkor a dimenziónövekedés akkor következett be, amikor az univerzum energiája 1 Tev-re hűlt le. Ez az ősrobbanást követő egybilliomodik másodpercben következett be. "Amikor a korai univerzum elérte az 1 TeV hőmérsékletet, kettőről háromdimenzióssá alakult, és ezen a ponton elkezdtek termelődni a gravitációs hullámok" - mondta. Az elméletet az 1 TeV-nél nagyobb energiák jegyeit magukban hordozó hullámok hiánya bizonyítaná.

Több fizikus is kétségeit fejezte ki az elmélettel kapcsolatban. Thomas Sotiriou, a Cambridge Egyetem részecskefizikusa és Silke Weinfurtner, az olasz SISSA Intézet kutatója "rendkívül homályosnak" nevezte Stojkovic publikációját. "Eltűnő dimenziókra hivatkoznak nagy energiákon, gravitációs kontextusban, gyakorlatilag azonban nem mondanak semmi határozottat a mechanizmusról, amin keresztül ez megvalósult" - olvasható a cikkhez fűzött kommentárjukban. "Az eltűnő dimenziók elve rendkívül érdekes és potenciálisan gyümölcsöző lehet, amint valaki egyértelművé teszi, mit ért 'eltűnő dimenziókon'. A dimenziók eltűnésének egy konkrét, matematikailag megfelelően definiált modellezése nélkül nem sokat mondhatunk"

Akármilyen homályos legyen is a koncepció, egy dolog máris alátámaszthatja. "Amikor a kozmikus sugarak összeütköznek a légkörben, egy részecskezuhatag keletkezik" - mondta Stojkovic. "Ez a zuhatag kúpalakú, melynek egy keresztmetszeti szelete egy kör. Ezzel szemben a legnagyobb energiájú kozmikus sugarak ütközései síkbelinek tűnnek, ami arra utal, hogy inkább két-, sem mint három dimenzióban mennek végbe"

A részecskeütközésekben is úgy tűnik, hogy az olyan nagy energiákon, mint amik a korai univerzumot jellemezték, elkezdenek eltünedezni a dimenziók. Két dimenzióban a sugarak összeütközésekor a részecskék köralakban zúdulnak ki, ha ebből kimetszünk egy szeletet, az egy vonalnak fog tűnni, ugyanezt látják a detektorok a légkör legfelső rétegeiben, magyarázta Stojkovic. Az LHC kísérletei képesek lesznek elég nagy energiákat szondázni, hogy ugyanezt a kétdimenziós világot részleteiben vizsgálhassák. "Az LHC-nek is ugyanezt kell látnia" - mondta Stojkovic. "A részecske események egy síkon sorakoznak fel"

Ha ez valóban igazolást nyer, az komoly lökést adhat az új elméletnek, és ez a csodálatosan egyszerű kép a figyelem középpontjába kerülhetne.