Повсякденне життя зробило нас комфортними з 3 вимірами; ми постійно взаємодіємо з об’єктами, які мають висоту, ширину та глибину. Але чому наш Всесвіт має три просторові виміри, було проблемою для фізиків, тим більше, що тривимірний Всесвіт важко пояснити в рамках теорії суперструн або космології Великого вибуху. Нещодавно троє дослідників придумали пояснення.
Історія Всесвіту починається з Великого Вибуху. Автор зображення: grandunificationtheory.com
Більшість астрономів підтримують космологію Великого вибуху, модель, яка припускає, що Всесвіт народився в результаті вибуху нескінченно крихітної точки. Теорія підтверджується спостереженнями за космічним мікрохвильовим фоном і великою кількістю певних природних елементів. Але космологія Великого вибуху суперечить загальної теорії відносності Ейнштейна – загальна теорія відносності не допускає жодної ситуації, в якій весь Всесвіт є однією крихітною точкою, що означає, що ця теорія сама по собі не може пояснити походження Всесвіту.
Несумісність загальної теорії відносності та космології Великого вибуху поставила в тупик космологів. Але майже 40 років тому теорія суперструн виникла як можлива об’єднуюча теорія всього.
Візуалізація рядків. Автор зображення: Р. Дейкграаф.
Теорія суперструн передбачає, що чотири фундаментальні взаємодії між елементарними частинками – електромагнітна сила, слабка взаємодія, сильна взаємодія та гравітація – представлені у вигляді різних режимів коливань дуже крихітних струн. Оскільки гравітація є однією з фундаментальних сил, теорія суперструн включає пояснення загальної теорії відносності. Проблема в тому, що теорія суперструн передбачає, що існує 10 вимірів – 9 просторових і один часовий. Як це працює з нашим тривимірним Всесвітом?
Теорія суперструн роками залишалася не більше ніж теорією. Дослідження були обмежені обговоренням моделей і сценаріїв, оскільки виконання фактичних розрахунків було неймовірно складним. Таким чином, справедливість і корисність теорії суперструн залишаються незрозумілими.
Але групі з трьох дослідників, доцента KEK Джун Нішимура, доцента Університету Сідзуока Асато Цучія та дослідника проекту з Університету Осаки Сан-Ву Кіма, вдалося створити модель народження Всесвіту на основі теорії суперструн.
За допомогою суперкомп’ютера вони виявили, що в момент Великого вибуху Всесвіт мав 10 вимірів – 9 просторових і 1 часовий, але лише 3 з цих просторових вимірів розширилися.
Ця «дитяча картинка» Всесвіту показує крихітні зміни температури фонового випромінювання мікрохвильового випромінювання. Гарячі точки відображаються червоними, холодні — темно-синіми. Авторство: Наукова команда NASA/WMAP
Команда розробила метод для розрахунку матриць, які представляють взаємодії рядків. Вони використовували ці матриці, щоб обчислити, як змінюється 9-вимірний простір з часом. Посуваючись далі в часі, вони виявили, що простір розширюється в 9 напрямках, але в один момент тільки 3 напрямки починають швидко розширюватися.
Коротше кажучи, тривимірний простір, в якому ми живемо, може бути результатом 9 оригінальних просторових вимірів, передбачених теорією струн.
Цей результат є лише частиною розв’язання головоломки просторово-часової вимірності, але він твердо підтримує справедливість теорії суперструн. Однак можливо, що цей новий метод аналізу теорії суперструн за допомогою суперкомп’ютерів призведе до його застосування для вирішення інших космологічних питань.
Джерело: Механізм, який пояснює, чому наш Всесвіт народився з 3 вимірами.