Jak by vesmír mohl mít větší rozměry

teorie strun je domnělá Teorie všeho, co fyzici doufají, že jednoho dne vysvětlí … všechno.

Všechny síly, všechny částice, všechny konstanty, všechny věci pod jeden teoretický střechu, kde vše, co vidíme, je výsledkem drobné, vibrující struny. Teoretici pracují na myšlence od roku 1960, a jedna z prvních věcí, které si uvědomili, je, že pro teorii pracovat, musí existovat více rozměrů než čtyři jsme zvyklí.,

ale tato myšlenka není tak bláznivá, jak to zní.

Související: Alternativy k Big Bang Theory vysvětlil (infographic)

Dimenzionální katastrofa

V teorii strun, málo smyček vibrujících stringiness (v teorii jsou základní objekt reality) se projevují jako různé částice (elektrony, kvarky, neutrina, atd.) a jako nosiče síly přírody (fotony, gluony, gravitony atd.). Způsob, jakým to dělají, je prostřednictvím jejich vibrací., Každý řetězec je tak malý, že se nám jeví jako nic jiného než bodová částice, ale každý řetězec může vibrovat různými režimy, stejným způsobem můžete získat různé poznámky z kytarového řetězce.

předpokládá se, že každý vibrační režim se vztahuje k jinému druhu částice. Takže všechny řetězce vibrující jedním směrem vypadají jako elektrony, všechny řetězce vibrující jiným způsobem vypadají jako fotony a tak dále. To, co vidíme jako srážky částic, je v pohledu teorie strun banda řetězců, které se spojují a rozdělují.,

ale aby matematika fungovala, musí být v našem vesmíru více než čtyři rozměry. To je proto, že naše obvyklé místo-čas nedává struny dost „pokoj“ vibrovat ve všech ohledech, oni potřebují, aby plně vyjádřit sami sebe jako všechny druhy částic na světě. Jsou prostě příliš omezeni.

jinými slovy, struny se nejen kroutí, ale hyperdimenzionálně se kroutí.

aktuální verze teorie strun vyžadují celkem 10 rozměrů, zatímco ještě hypotetičtější teorie über-string známá jako M-teorie vyžaduje 11., Ale když se rozhlédneme kolem vesmíru, vidíme jen obvyklé tři prostorové rozměry plus rozměr času. Jsme si docela jisti, že kdyby vesmír měl více než čtyři rozměry, už bychom si toho všimli.

Jak lze požadavek teorie strun na další dimenze sladit s našimi každodenními zkušenostmi ve vesmíru?

stočený a kompaktní

naštěstí strunní teoretici dokázali poukázat na historický předchůdce tohoto zdánlivě radikálního pojetí.,

v roce 1919, krátce poté, co Albert Einstein publikoval svou obecnou teorii relativity, matematik a fyzik Theodor Kaluza si hrál s rovnic, jen tak pro zábavu. A našel něco zvláště zajímavého, když k rovnicím přidal pátý rozměr — nic se nestalo. Rovnice relativity opravdu nestarám o počet dimenzí; je to něco, co budete muset přidat, aby se teorie použitelná do našeho vesmíru.,

Ale pak Kaluza přidal speciální twist, že páté dimenze, což je zabalit kolem sebe v tom, co nazval „válec stavu.“Tento požadavek učinil něco nového: Kaluza obnovil obvyklé rovnice obecné relativity v obvyklých čtyřech rozměrech plus novou rovnici, která replikovala výrazy elektromagnetismu.

vypadalo to, že přidání rozměrů by mohlo potenciálně sjednotit fyziku.

při zpětném pohledu to byl trochu červený sledě.,

ještě o několik desetiletí později se Jiný fyzik, Oskar Klein, pokusil dát Kaluzově myšlence interpretaci z hlediska kvantové mechaniky. Zjistil, že pokud se této páté dimenze existoval a byl zodpovědný nějakým způsobem pro elektromagnetismus, že rozměr měl být scrunched dolů, přetáčení zpět kolem sebe (stejně jako v Kaluza je originální nápad), ale mnohem menší, na holé 10^-35 metru.

mnoho rozvodů teorie strun

Pokud je další rozměr (nebo rozměry) opravdu tak malý, už bychom si toho nevšimli., Je to tak malé, že jsme nemohli doufat, že to přímo prozkoumáme našimi experimenty s vysokou energií. A pokud jsou tyto rozměry zabaleny na sebe, pak pokaždé, když se pohybujete ve čtyřrozměrném prostoru, opravdu obepínáte tyto další rozměry miliardy až miliardkrát.

a to jsou rozměry, kde žijí řetězce teorie strun.,

další matematické poznatky, bylo zjištěno, že dalších šest prostorových rozměrů, potřebné v teorii strun mají být zabalené do určitého nastavení, známý jako Calabi-Yao rozvody po dvou významných fyziků. Neexistuje však jeden jedinečný rozdělovač, který by stingova teorie umožnila.

je kolem 10^200 000.

ukazuje se, že když budete potřebovat šest dimenzí se stočit na sebe, a dát jim téměř jakýkoliv možný způsob, jak to udělat, je … přidá se.

to je mnoho různých způsobů, jak zabalit tyto další rozměry na sebe., A každá možná konfigurace ovlivní způsob, jakým řetězce uvnitř vibrují. Od způsobů, které struny vibrovat zjistit, jak se chovají tady v makroskopického světa, každý výběr z potrubí vede k odlišné vesmír s vlastní sadou fyziky.

takže pouze jeden rozdělovač může vést ke vzniku světa, jak ho zažíváme. Ale který?

teorie strun nám bohužel nemůže dát odpověď, alespoň ještě ne., Problém je, že teorie strun není hotovo — máme jen různé aproximační metody, které doufáme, že se dostat blízko ke skutečné věci, ale teď nemáme tušení, jak dobře jsme. Takže nemáme žádnou matematickou technologii pro sledování řetězce, od specifického rozdělovače po specifické řetězcové vibrace až po fyziku vesmíru.

reakce teoretiků strun je něco, co se nazývá Krajina, multiverse všech možných vesmírů předpovězených různými rozdělovači, přičemž náš vesmír je mezi mnoha jen jedním bodem.,

a tam dnes sedí teorie strun, někde na krajině.

• Einsteinova teorie relativity vysvětlil (infographic)
• Obrázky: Peering zpět k velkému Třesku & raném vesmíru
• Co je další pro kosmologii po mezník gravitačních vln objev?

Paul M. Sutter je astrofyzik v SUNY Stony Brook a Flatiron Institute, hostitel ask Spaceman a Space Radio a autor vašeho místa ve vesmíru.

Sledujte nás na Twitteru @ Spacedotcom a Facebook.,