Begann das Universum als eine einfache 1-D-Linie?

Eine erfrischend einfache neue Idee entstanden in der komplizierten Welt der Hochenergiephysik. Es wird vorgeschlagen, dass das frühe Universum eine eindimensionale Linie war. Keiner explodierenden Kugel, keine chaotische Feuerball. Nur eine einfache Linie aus reiner Energie.

Im Laufe der Zeit wuchs diese Linie erschien sie durchzogen und überschnitten sich mehr und mehr allmählich bilden einen eng miteinander verwoben Stoff, der bei großen Entfernungen, als ein 2-D-Flugzeug. Mehr Zeit vergangen und das 2-D-Universum erweitert und verdreht über schließlich Erstellen einer Web-die 3-d-Universum, die, das wir heute sehen.

Dieses Konzept, genannt "verschwindende Dimensionen" gewinnen zu beschreiben, was passiert, je weiter man blickt zurück in Zeit, Traktion innerhalb der Hochenergie-Physik-Gemeinschaft in den letzten Monaten. Wenn du es richtig, verspricht es, die Lücke zwischen Quantenmechanik die Physik des sehr kleinen und allgemeine Relativitätstheorie die Physik der Raumzeit. Es wäre auch sinnvoll über die Eigenschaften der ein hypothetisches Elementarteilchen, das Higgs-Boson genannt. Und das beste daran, es würde tun mit eleganter Einfachheit.

"In den letzten 30 Jahren [Physiker] versuchten, unsere Theorien komplizierter durch die Einführung von mehr Partikel, mehr Dimensionen machen" sagte Dejan Stojkovic, ein Physiker an der Universität von Buffalo, verschwindende Dimensionen erforscht. "Wir beschlossen, den anderen Weg gehen und Theorien im Bereich hoher Energie weniger kompliziert zu machen. Bei hoher Energie [im frühen Universum] ändern wir den Hintergrund auf dem Standardmodell der Teilchenphysik formuliert ist. In 1-D das Problem wird erheblich vereinfacht."

Nach der Theorie, für die ersten tausend-Billionstel Sekunde nach dem Urknall, bis zu dem Moment, wenn das Universum auf einer durchschnittlichen Temperatur von 100 Teraelektronenvolt gekühlt (TeV sind tatsächlich ein Maß der Energie, aber Energie und Temperatur entsprechen), es war ein 1-D-Linie.

Wie würde das junge Universum gewesen sein?

Leben in einer Zeile

"In 1D, gibt es ein neues Gefühl der Einheit," Stojkovic erzählt die Geheimnisse des Lebens wenig. "Moment sehe Sie die vielfältige Welt weil du in 3-d bist. Wenn Sie unten zu 1-D gehen, werden die Dinge viel einfacher. Eigenschaften, die die verschiedenen Teilchen zu unterscheiden gibt es nicht mehr, so dass sie alle gleichermaßen. Es gibt keine Rotation. Alles, was Sie haben ist vorwärts und rückwärts, und Energie bewegt sich in beide Richtungen. "

"Wie die Zeit vergeht, das 1-d-Saite Universum entwickelt, überschneiden sich viele Male, um einen Stoff zu bauen", sagte er. Die zweite Dimension ist gebaut und später die dritte, in der gleichen Weise, dass ein 2-D Blatt Papier gefaltet werden kann, um ein Pop-up-Buch zu machen. [Hat das Universum eine Kante?]

Aber Stojkovic hat nicht noch identifiziert den Mechanismus, der bewirkt, das Universum dass, wie die Zeit vergeht zu entwickeln. "Wir müssen erklären, was die Entwicklung von verschiedenen Energien geschehen verursacht. Sie benötigen ein präzises Modell, das beginnt mit einer Schnur und schafft höhere Dimensionen, wie sie sich in der Zeit entwickelt, die Raum-Zeit zu schaffen, die wir heute sehen." In seiner skelettartigen Form fordert Stojkovic verschwindende Dimensionen eines Rahmens, anstatt eine Theorie. "Als Rahmen ist es schön. Aber wir müssen die Einzelheiten auszuarbeiten", sagte er.

Auf die Probe gestellt

Im Gegensatz zu String-Theorie, eine ebenso schöne Einbildung, das beschreibt die Architektur des Universums, verschwindende Abmessungen Rahmen kann durch Experimente überprüfbar sein: in diesem Monat Stojkovic und Jonas Mureika, ein Physiker an der Loyola Marymount University in Los Angeles haben die ersten Peer-review-Artikel zum Thema in der renommierten Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht und darin legen sie ein Experiment entwickelt, zu testen, ob das frühe Universum wirklich eindimensional war.

Das Experiment beinhaltet Schwerewellen schwache Schwingungen gedacht, von massiven Objekten ausgehen und Reisen durch Raum und Zeit. Schwerewellen nie entdeckt worden, aber ihre Existenz wird durch das Standardmodell der Teilchenphysik vorhergesagt und Physiker hoffen sie innerhalb der nächsten Dekade mit einem Netz von Satelliten im Weltraum zu beobachten. [Gibt es Schwerkraft im Weltall?]

Schwerewellen tragen eine Energiesignatur Objekte, die sie erstellt wurden. Stimmt Stojkovic, sollte dann keine Schwerewellen von vor der Zeit existieren, die das Universum dreidimensionale wurde.

"Schwerewellen in weniger als drei Raumdimensionen Reisen nicht", sagte Stojkovic die Geheimnisse des Lebens wenig. "Gehst du auf zwei Dimensionen, Schwerewellen gibt es nicht. Weder existieren in einer Dimension sie."

"Wenn unser Vorschlag korrekt ist, der Übergang von 2D in 3D geschah, als die Energie des Universums zu 1 TeV gekühlt," sagte Stojkovic. Das geschah eine Billionstel Sekunde nach dem Urknall. "Wenn das frühe Universum 1 TeV heißen war, es von 2D in 3D umgestellt, und an diesem Punkt Schwerewellen begann nicht vor, nur nach diesem Crossover produziert werden", sagte er. Eine Abwesenheit von Schwerewellen mit damit verbundenen Energien größer als 1 TeV würde diese Theorie Gewicht geben.

Wenn zukünftige Satelliten Frequenzen (und entsprechende Energien) von Schwerewellen messen, hofft Stojkovic, dass sie einem Cutoff Frequenz sehen. "Es wäre ein Cut-off bei Frequenzen oberhalb, die derer Schwerewellen, Messen Sie nicht entsprechend den Übergang von 2D zu 3D," sagte Stojkovic. Wenn diese Instrumente die Cutoff, die Stojkovic vorhersagt identifizieren, erhalten verschwindende Dimensionen einen großen Schub.

Einige Physiker widersprechen die Prämisse des experimentellen Tests; nämlich, dass Schwerkraft Wellen oberhalb einer bestimmten Frequenz abgeschnitten werden. "Es gibt Gravitationsstrahlung bei allen Frequenzen," schrieb Hochenergie-Physiker Thomas Sotiriou, an der University of Cambridge, und Silke Weinfurtner am SISSA Institute in Italien, in einer e-Mail. "Dies ist nicht zu sagen, dass diese Gravitationsstrahlung einige Abdruck der verschwindenden Dimensionen nicht tragen wird", erklärte sie aber nicht in der Weise Stojkovic und Mureika angelegt haben. "Es keine generische fehlen keine Strahlung über einer bestimmten Frequenz wäre wie Stojkovic und Mureika vorschlagen."

Sotiriou und Weinfurtner außerdem gegen das Fehlen eines zugrunde liegenden Mechanismus der Evolution des Universums und die Entstehung der Dimensionen zu erklären. "[PRL] Brief von Stojkovic Et Al. ist ziemlich vage", schrieb sie. "sie beziehen sich auf verschwindende Dimensionen bei hohen Energien und im Zusammenhang mit der Schwerkraft, aber sie sagen praktisch nichts konkretes über den Mechanismus, durch den dies erreicht werden würde."

"Die Idee der verschwindenden Dimensionen ist sehr interessant und potentiell fruchtbar, solange man klärt genau was gemeint ist"verschwindende Dimensionen." Ohne eine konkrete, mathematisch wohldefinierte Modell wie Dimensionen man nicht viel sagen verschwinden werden,"schrieb Sotirious und Weinfurtner. Zusammen mit Matt Visser der Victoria University in Neuseeland haben ihre Ansichten über verschwindende Dimensionen in einem Artikel gepostet, die Physik ArXiv vorgestellt.

Cosmic Ray Tipps

Vage, das Konzept auch sein mag, gibt es möglicherweise ein Tipp von Beweismitteln zu Gunsten der verschwindenden Dimensionen bereits. "Wenn der kosmischen Strahlung mit Partikeln in der Atmosphäre kollidieren, schafft dies eine Dusche von anderen Partikeln," sagte Stojkovic. "Die Dusche sieht aus wie ein Kegel. Und wie Sie sich vorstellen können, eine Cross-sectional Scheibe des Kegels sieht aus wie ein Kreis. " [Was sind kosmische Strahlung?]

"Nun, es sieht aus wie die höchste Energie kosmischer Strahl Kollisionen stattdessen planar sind, d. h., sie passieren 2-D anstatt 3-d," sagte er. Dimensionen scheinen für Teilchenkollisionen verschwinden, die so energisch wie das frühe Universum sind. In zwei Dimensionen "ein kosmischer Strahl trifft ein Teilchen, dann schafft eine Dusche von Partikeln, die sich in einem Kreis zu reisen. Ein Stück des Kreises sieht wie eine Linie, und das ist was ganz weit oben in den Atmosphären Detektoren gesehen haben."

Experimente am Large Hadron Collider sollte hoch genug Energien um zu sehen, das gleiche 2-D-Reich zu untersuchen können, sagte er. "Der LHC sollte die gleiche Ausrichtung angezeigt werden. Die Partikel-Ereignisse sollten auf einer Ebene ausrichten."

In diesem Fall neue verschwindenden Abmessungen Rahmen erhalten mehr Traktion und das schön einfache Bild des frühen Universums kommen in stärker.

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