Is Het Universum Begonnen Als Een Eenvoudige 1-D-Lijn?

{h1}

Een nieuwe fysica theorie genaamd "verdwijnende dimensies" stelt voor dat het vroege universum eendimensionaal was. Hoe zou het leven zijn in 1-d?

Een verfrissend eenvoudig nieuw idee is naar voren gekomen in de gecompliceerde wereld van de hoogenergetische fysica. Het stelt voor dat het vroege universum een ​​eendimensionale lijn was. Geen exploderende sfeer, geen chaotische bal van vuur. Gewoon een simpele lijn van pure energie.

In de loop van de tijd, terwijl die lijn groeide, kroop en kruiste het zichzelf steeds verder, en vormde geleidelijk een nauw met elkaar verweven weefsel, dat op grote afstanden als een tweedimensionaal vlak verscheen. Meer tijd verstreek en het 2-D universum groeide en draaide zich om en creëerde uiteindelijk een web het 3D-universum dat we vandaag zien.

Dit concept, dat 'verdwijnende dimensies' wordt genoemd om te beschrijven wat er gebeurt, hoe verder naar achteren kijkt in de tijd, heeft de afgelopen maanden steeds meer grip gekregen binnen de high energy physics community. Als het klopt, belooft het de kloof te overbruggen tussen de kwantummechanica, de fysica van de zeer kleine en algemene relativiteitstheorie, de fysica van ruimte-tijd. Het zou ook de eigenschappen van een hypothetisch elementair deeltje, het Higgs-deeltje genaamd, begrijpen. En het beste van alles, het zou doen met elegante eenvoud.

"In de afgelopen 30 jaar probeerden [natuurkundigen] onze theorieën gecompliceerder te maken door meer deeltjes te introduceren, meer dimensies," zei Dejan Stojkovic, een natuurkundige aan de Universiteit van Buffalo, die onderzoek doet naar verdwijnende dimensies. "We besloten om de andere kant op te gaan en theorieën minder ingewikkeld te maken in het hoge energetische rijk." Met hoge energie [in het vroege universum] veranderen we de achtergrond waarop het standaardmodel van de deeltjesfysica is geformuleerd. het probleem vereenvoudigt enorm. "

Volgens de theorie, voor de eerste duizend-biljoenste van een seconde na de oerknal, tot het moment waarop het universum tot een gemiddelde temperatuur van 100 teraelectronvolt koelde (TeV is eigenlijk een maat voor energie, maar energie en temperatuur komen overeen), het was een 1-D-lijn.

Hoe zou het jonge universum eruit zien?

Het leven op een lijn

"In 1-D is er een nieuw gevoel van eenwording," vertelde Stojkovic aan Life's Little Mysteries. "Op dit moment zie je de gevarieerde wereld omdat je 3D bent. Wanneer je naar een 1-D gaat, wordt alles veel eenvoudiger. Eigenschappen die alle verschillende deeltjes onderscheiden, bestaan ​​niet meer, dus ze worden allemaal hetzelfde Er is geen rotatie, alles wat je hebt is vooruit en achteruit en de energie beweegt in beide richtingen. "

"Naarmate de tijd verstrijkt, evolueert het 1-D-snaaruniversum en doorkruist zichzelf vele malen om een ​​stof te bouwen," zei hij. De tweede dimensie is gebouwd, en later de derde, op dezelfde manier waarop een 2-D vel papier kan worden gevouwen om een ​​pop-upboek te maken. [Heeft het universum een ​​voorsprong? ]

Maar Stojkovic heeft nog niet het mechanisme geïdentificeerd dat ervoor zorgt dat het universum evolueert naarmate de tijd verstrijkt. "We moeten uitleggen waarom de evolutie van de verschillende energieën heeft plaatsgevonden. Je hebt een nauwkeurig model nodig dat begint met een string en hogere dimensies creëert wanneer het in de tijd evolueert om de ruimte-tijd te creëren die we vandaag zien." In zijn skeletachtige vorm noemt Stojkovic de verdwijnende dimensies eerder een raamwerk dan een theorie. "Als kader is het mooi, maar we moeten de details uitwerken", zei hij.

Op de proef gesteld

In tegenstelling tot de snaartheorie, een soortgelijke mooie verwaandheid die de architectuur van het universum beschrijft, kan het kader van de verdwijnende dimensies verifieerbaar zijn door middel van experimenten: deze maand publiceerden Stojkovic en Jonas Mureika, een fysicus aan de Loyola Marymount University in Los Angeles, de eerste peer-to-peer In het prestigieuze tijdschrift Physical Review Letters hebben we een artikel over het onderwerp besproken en daarin is een experiment opgesteld om te testen of het vroege universum echt eendimensionaal was.

Het experiment omvat zwaartekrachtgolven zwakke oscillaties waarvan gedacht wordt dat ze afkomstig zijn van massieve objecten en door ruimte-tijd reizen. Zwaartekrachtsgolven zijn nog nooit ontdekt, maar hun bestaan ​​wordt voorspeld door het standaardmodel van deeltjesfysica, en fysici hopen ze binnen het volgende decennium te kunnen observeren met behulp van een netwerk van satellieten in de ruimte. [Is er zwaartekracht in de ruimte? ]

Zwaartekrachtgolven dragen een energiesignatuur van de objecten die ze hebben gemaakt. Als Stojkovic gelijk heeft, dan zouden er geen zwaartekrachtsgolven moeten bestaan ​​van vóór de tijd dat het universum driedimensionaal werd.

"Zwaartekrachtgolven reizen niet in minder dan drie ruimtelijke dimensies", vertelde Stojkovic aan Life's Little Mysteries. "Als je naar twee dimensies gaat, bestaan ​​zwaartekrachtsgolven niet, en ze bestaan ​​ook niet in één dimensie."

"Als ons voorstel klopt, gebeurde de overgang van 2-D naar 3-D toen de energie van het universum tot 1 TeV koelde," zei Stojkovic. Dat gebeurde een biljoenste van een seconde na de oerknal. "Toen het vroege universum 1 TeV heet was, veranderde het van 2-D naar 3D, en op dat moment begonnen de zwaartekrachtsgolven pas na die cross-over te worden geproduceerd, niet eerder", zei hij. Een afwezigheid van zwaartekrachtgolven met bijbehorende energieën groter dan 1 TeV zou deze theorie zwaar maken.

Wanneer toekomstige satellieten de frequenties (en bijbehorende energieën) van zwaartekrachtgolven meten, hoopt Stojkovic dat ze een afsnijding van de frequentie zullen zien. "Er zou een afsnijding zijn in frequenties waarboven je de zwaartekrachtsgolven niet meet, wat overeenkomt met de overgang van 2-D naar 3D," zei Stojkovic. Als deze instrumenten de afsnijding identificeren die Stojkovic voorspelt, zullen verdwijnende dimensies een grote impuls krijgen.

Sommige natuurkundigen maken bezwaar tegen het uitgangspunt van de experimentele test; namelijk dat zwaartekrachtsgolven boven een bepaalde frequentie zullen afsnijden. "Er is zwaartekrachtstraling op alle frequenties", schreven de hoogenergetische natuurkundigen Thomas Sotiriou van de universiteit van Cambridge en Silke Weinfurtner van het SISSA-instituut in Italië in een e-mail. "Dit wil niet zeggen dat deze gravitationele straling geen enkele afdruk van de verdwijnende dimensies zal hebben," verklaarden ze, maar niet op de manier zoals Stojkovic en Mureika uiteen hebben gezet. "Het zou geen algemene afwezigheid zijn van enige straling over een bepaalde frequentie, zoals Stojkovic en Mureika suggereren."

Sotiriou en Weinfurtner maken ook bezwaar tegen het ontbreken van een onderliggend mechanisme om de evolutie van het universum en de opkomst van dimensies te verklaren. "De [PRL] brief van Stojkovic et al. Is vrij vaag," schreven ze. "Ze verwijzen naar verdwijnende dimensies bij hoge energieën en in de context van de zwaartekracht, maar ze zeggen praktisch niets specifieks over het mechanisme via welke dit zou worden bereikt."

"Het idee van verdwijnende dimensies is best interessant en potentieel vruchtbaar, zolang men maar precies opheldert wat wordt bedoeld met" verdwijnende dimensies. " Zonder een concreet, mathematisch goed gedefinieerd model van hoe dimensies verdwijnen, kan men niet veel zeggen, "schreef Sotirious en Weinfurtner. Samen met Matt Visser van de Victoria University in Nieuw-Zeeland hebben zij hun visie op verdwijnende dimensies uiteengezet in een artikel geplaatst in de natuurkunde arXiv.

Kosmische straals hints

Hoe vaag het concept ook is, er kan al een hint van bewijs zijn ten gunste van de verdwijnende dimensies. "Wanneer kosmische stralen botsen met deeltjes in de atmosfeer, creëert dit een regen van andere deeltjes," zei Stojkovic. "Die douche lijkt op een kegel, en zoals je je wel kunt voorstellen, lijkt een doorsnede van de kegel op een cirkel." [Wat zijn kosmische stralen?]

"Nou, het lijkt erop dat de botsingen met kosmische straling met de hoogste energie in plaats daarvan vlak zijn, wat betekent dat ze gebeuren in 2-D in plaats van in 3D," zei hij. Dimensies lijken te verdwijnen voor deeltjesbotsingen die net zo energiek zijn als het vroege universum. In twee dimensies "raakt een kosmische straal een deeltje, creëert dan een stortvloed van deeltjes die zich in een cirkel voortbewegen.Een plak van de cirkel lijkt op een lijn, en dat is wat detectoren heel hoog in de atmosfeer hebben gezien."

Experimenten in de Large Hadron Collider zouden in staat moeten zijn hoog genoeg energieën te onderzoeken om hetzelfde 2-D rijk te zien, zei hij. "De LHC zou dezelfde uitlijning moeten zien, de deeltjesgebeurtenissen moeten in een vlak uitgelijnd zijn."

Als dat gebeurt, krijgt het kader voor nieuwe verdwijnende afmetingen meer grip en komt het prachtig eenvoudige beeld van het vroege universum meer in beeld.

  • Wat is de totale energie van het universum?
  • Wat is donkere energie?
  • Wat zit er in het midden van zwarte gaten?

Volg Natalie Wolchover op Twitter @nattyover.


Video Supplement: (THRIVE Nederlands - Subtitled) GEDIJEN: Wat Ter Wereld Zal Ervoor Nodig Zijn?.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com