هل كان للكون المبكر بُعد مكاني واحد فقط؟ هذا هو المفهوم المحير للعقل في قلب نظرية اقترحها الفيزيائي ديان ستويكوفيتش من جامعة بوفالو وزملاؤه في عام 2010. واقترحوا أن الكون المبكر - الذي انفجر من نقطة واحدة وكان صغيرًا جدًا في البداية - كان بعد واحد (مثل الخط المستقيم) قبل التوسع ليشمل بعدين (مثل المستوى) وثلاثة أبعاد (مثل العالم الذي نعيش فيه اليوم).
إذا كانت النظرية صالحة ، فستتناول مشكلات مهمة في فيزياء الجسيمات.
الآن ، في ورقة جديدة في مجلة Physical Review Letters ، يصف الفيزيائي Stojkovic و Loyola Marymount University Jonas Mureika اختبارًا يمكن أن يثبت أو يدحض فرضية "أبعاد التلاشي".
نظرًا لأنه يستغرق وقتًا حتى ينتقل الضوء والموجات الأخرى إلى الأرض ، فإن التلسكوبات التي تتطلع إلى الفضاء يمكنها ، في الأساس ، أن تعود إلى الوراء في الوقت الذي تستكشف فيه المجسات الخارجية للكون.
لا يمكن أن توجد موجات الجاذبية في فراغ أحادي أو ثنائي الأبعاد. لذا فقد توقع ستويكوفيتش وموريكا أن هوائي الفضاء الفضائي بالليزر (LISA) ، وهو مرصد جاذبية دولي مخطط له ، لا يجب أن يكتشف أي موجات جاذبية تنبثق من الحقبات ذات الأبعاد المنخفضة للكون المبكر.
يقول ستويكوفيتش ، أستاذ الفيزياء المساعد ، إن نظرية الأبعاد المتطورة تمثل تحولًا جذريًا عن الطريقة التي نفكر بها في الكون - حول كيفية ظهور الكون.
الفكرة الأساسية هي أن أبعاد الفضاء تعتمد على حجم المساحة التي نلاحظها ، مع مسافات أصغر مرتبطة بأبعاد أقل. وهذا يعني أن البعد الرابع سيفتح - إذا لم يكن قد بدأ بالفعل - مع استمرار الكون في التوسع.
تقترح النظرية أيضًا أن الفضاء له أبعاد أقل عند طاقات عالية جدًا من النوع المرتبط بعالم الانفجار المبكر الكبير.
إذا كان ستويكوفيتش وزملاؤه على حق ، فسيساعدون في معالجة المشكلات الأساسية في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، بما في ذلك ما يلي:
عدم التوافق بين ميكانيكا الكم والنسبية العامة. ميكانيكا الكم والنسبية العامة هي أطر رياضية تصف فيزياء الكون. ميكانيكا الكم جيدة في وصف الكون بمقاييس صغيرة جدًا ، بينما النسبية جيدة في وصف الكون بمقاييس كبيرة. حاليا ، تعتبر النظريتان غير متوافقتين. ولكن إذا كان للكون ، في أصغر مستوياته ، أبعاد أقل ، فإن الاختلافات الرياضية بين الإطارين ستختفي.
لاحظ الفيزيائيون أن توسع الكون يتسارع ، ولا يعرفون السبب. إن إضافة أبعاد جديدة مع نمو الكون يفسر هذا التسارع. (يقول ستويكوفيتش أن البعد الرابع ربما يكون قد انفتح بالفعل على نطاقات كونية كبيرة).
يتنبأ النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات بوجود جسيم أولي غير مكتشف حتى الآن يسمى بوزون هيجز. بالنسبة إلى المعادلات في النموذج القياسي لوصف الفيزياء المرصودة للعالم الحقيقي بدقة ، يجب على الباحثين تعديل كتلة بوزون هيجز بشكل مصطنع للتفاعلات بين الجسيمات التي تحدث عند طاقات عالية. إذا كانت المساحة ذات أبعاد أقل في طاقات عالية ، فإن الحاجة إلى هذا النوع من "الضبط" تختفي.
قال ستويكوفيتش "ما نقترحه هنا هو تحول في النموذج". "كافح الفيزيائيون مع نفس المشاكل لمدة 10 و 20 و 30 عامًا ، ومن غير المحتمل أن تحلها التمديدات المباشرة للأفكار الموجودة."
وتابع: "علينا أن نأخذ في الاعتبار احتمال أن يكون هناك خطأ ما بشكل منتظم في أفكارنا". "نحن بحاجة إلى شيء جذري وجديد ، وهذا شيء جذري وجديد."
نظرًا لأن النشر المخطط لـ LISA لا يزال بعيدًا ، فقد يستغرق الأمر وقتًا طويلاً قبل أن يتمكن ستويكوفيتش وزملاؤه من اختبار أفكارهم بهذه الطريقة.
ومع ذلك ، تشير بعض الأدلة التجريبية بالفعل إلى احتمال وجود مساحة أقل أبعادًا.
على وجه التحديد ، لاحظ العلماء أن تدفق الطاقة الرئيسي لجسيمات الأشعة الكونية ذات الطاقات التي تتجاوز 1 تيرا إلكترون فولت - وهو نوع الطاقة العالية المرتبطة بالكون المبكر جدًا - يتم محاذاة على طول مستوى ثنائي الأبعاد.
إذا كانت الطاقات العالية تتوافق مع الفضاء ذي الأبعاد الأقل ، كما تقترح نظرية "الأبعاد المتلاشية" ، فإن الباحثين الذين يعملون مع مسرّع الجسيمات الكبير لمصادم هادرون في أوروبا يجب أن يروا تشتتًا مستويًا في مثل هذه الطاقات.
يقول ستويكوفيتش إن مراقبة مثل هذه الأحداث ستكون "اختبارًا مثيرًا للغاية ومستقلًا لأفكارنا المقترحة".
المصادر: EurekAlert ، رسائل المراجعة البدنية.
