Hvordan universet kunne muligens ha flere dimensjoner

String-teori er en påstått teorien om alt som fysikere håper en dag forklare … alt.

Alle krefter, alle partikler, alle konstanter, alle ting under et enkelt teoretisk taket, hvor du har alt vi ser, er resultatet av små, vibrerende strenger. Teoretikere har jobbet med ideen siden 1960-tallet, og en av de første tingene de innså at for teorien til å fungere, er det nødt til å bli mer mål enn de fire vi er vant til.,

Men at ideen ikke er så gal som det høres ut.

i Slekt: Alternativer til Big Bang-Teorien forklart (infographic)

– Dimensjonal katastrofe

I strengteori, lille sløyfer av vibrerende stringiness (i teorien, de er de grunnleggende objekt av virkeligheten) manifestere seg som de forskjellige partikler (elektroner, kvarker, neutrinos, etc.) og som kraft-bærere av arten (fotoner, gluoner, gravitoner, etc.). Måten de gjør dette på er gjennom sine vibrasjoner., Hver streng er så liten at det viser seg for oss som noe mer enn en punkt-som partikler, men hver streng kan vibrere med forskjellige modi, på samme måte som du kan få forskjellige notater ut av en gitar streng.

Hver vibrasjon er tenkt å forholde seg til en annen type partikkel. Så alle strengene vibrerer en måte se ut som elektroner, alle strengene vibrerer på en annen måte ser ut som fotoner, og så videre. Hva vi ser på som partikkel kollisjoner, i streng teori utsikt, en haug av strenger å flette sammen og splitte fra hverandre.,

Men for matematikk på jobb, det må være mer enn fire dimensjoner i universet vårt. Dette er fordi vår vanlige plass-tid ikke gir strengene nok «rom» til å vibrere i alle måter som de trenger for å fullt ut uttrykke seg som alle varianter av partikler i verden. De er bare altfor begrenset.

med andre ord, strengene ikke bare røre på seg, de vrikke hyperdimensionally.

Gjeldende versjoner av strengteori krever 10 mål totalt, mens en enda mer hypotetisk über-string teori kjent som M-teori krever 11., Men når vi ser på hele universet, er vi bare noensinne se den vanlige tre romlige dimensjoner pluss dimensjon av tid. Vi er ganske sikker på at hvis universet hadde mer enn fire mål, ville vi har lagt merke til nå.

Hvordan kan strengteori er kravet for ekstra dimensjoner muligens bli forsonet med våre daglige erfaringer i universet?

Krøllet opp og kompakt

Heldigvis, string teoretikere var i stand til å peke til en historisk antecedent for denne tilsynelatende radikal forestilling.,

Tilbake i 1919, like etter at Albert Einstein publiserte sin teori om generell relativitetsteori, matematiker og fysiker, Theodor Kaluza var å spille rundt med ligninger, bare for moro skyld. Og han fant noe spesielt interessant når han har lagt til en femte dimensjon til ligninger — ingenting skjedde. Ligningene i relativitetsteorien egentlig ikke bryr seg om antall dimensjoner, det er noe du er nødt til å legge i for å gjøre den teori som gjelder for vårt univers.,

Men så Kaluza lagt en spesiell vri til den femte dimensjon, noe som gjør det vikle rundt seg selv i det han kalte «sylinder tilstand.»Dette kravet laget noe nytt dukker opp: Kaluza gjenopprettes de vanlige ligninger generell relativitetsteori i de vanlige fire dimensjoner, pluss en ny ligning som replikeres uttrykk for elektromagnetisme.

Det så ut som å legge til dimensjoner potensielt kunne samle fysikk.

I ettertid, var dette litt av en red herring.,

Likevel, et par tiår senere en annen fysiker, Oskar Klein, prøvde å gi Kaluza er ideen om en tolkning i form av kvantemekanikken. Han fant at hvis denne femte dimensjon eksisterte og var ansvarlig på noen måte for elektromagnetisme, som dimensjon måtte bli scrunched ned, innpakning tilbake rundt seg selv (akkurat som i Kaluza er opprinnelige ideen), men langt mindre, ned til bart 10^-35 meter.

De mange mangfoldigheter av strengteori

Hvis en ekstra dimensjon (eller mål) er virkelig så liten, at vi ikke har lagt merke til nå., Den er så liten at vi kunne ikke muligens håper å direkte probe det med vår høy-energi eksperimenter. Og hvis de dimensjonene er pakket inn på seg, så hver gang du beveger deg rundt i fire-dimensjonale rommet, du er virkelig circumnavigating de ekstra dimensjonene milliarder på milliarder av ganger.

Og de er de dimensjoner der strenger av strengteori live.,

Med ytterligere matematisk innsikt, at det ble oppdaget seks ekstra romlige dimensjoner som trengs i streng teori må være pakket inn i et bestemt sett av konfigurasjoner, kjent som Calabi-Yao mangfoldigheter etter to fremtredende fysikere. Men det er ikke en unik manifold som er tillatt av sting teori.

Det er rundt 10^200,000.

Det viser seg at når du trenger seks mål til å krølle seg opp på seg selv, og gi dem nesten alle mulige måten å gjøre det på, det … legger opp.

Det er mange forskjellige måter å pakke inn de ekstra mål i seg selv., Og hver mulig konfigurasjon vil påvirke hvordan strenger inni dem til å vibrere. Siden de måter som strenger til å vibrere finne ut hvordan de oppfører seg opp her i den makroskopiske verden, hvert valg av manifold fører til en tydelig universet med sitt eget sett av fysikk.

Så bare en manifold kan gi opphav til verden slik vi opplever det. Men hvilken?

Dessverre, strengteori kan ikke gi oss et svar, i alle fall ikke ennå., Problemet er at strengteori er ikke gjort — vi har bare ulike tilnærming metoder som vi håper komme nær til den virkelige ting, men akkurat nå har vi ingen anelse om hvor rett vi er. Så vi har ingen matematisk-teknologi for å følge kjeden, fra bestemte manifold til bestemte streng vibrasjoner til fysikk i universet.

svar fra string-teori er det noe som kalles Landskapet, et multivers av alle mulige universer spådd av de ulike mangfoldigheter, med vårt univers som bare ett poeng blant mange.,

Og det er hvor streng teori sitter i dag, et sted på Landskapet.

• Einsteins relativitetsteori forklart (infographic)
• Bilder: Kikket tilbake til Big Bang & tidlige universet
• Hva er det neste for kosmologi etter landemerke gravitasjonsfelt bølge funn?

Paul M. Sutter er en astrofysiker ved SUNY Stony Brook og Flatiron Institute, rekke Spør en Astronaut og Plass Radio, og forfatter av Din Plass i Universet.

Følg oss på Twitter @Spacedotcom og på Facebook.,