Ar ankstyvojoje Visatoje egzistavo tik vienas erdvinis matmuo? Tokią protui nesuvokiamą idėją pasiūlė Bufalo universiteto (University at Buffalo) fizikas Dejanas Stojkovičius (Dejan Stojkovic) kartu su kolegomis praeitais metais.

Savo teorijoje jie nagrinėja variantą, kad ankstyvoji Visata, kuri prasidėjo iš vieno taško ir iš pradžių buvo labai labai maža, buvo vienmatė (kaip tiesi linija), kol besiplėsdama įgijo dar vieną matmenį ir tapo dvimatė (kaip plokštuma), ir tik vėliau tapo trimatė, tai yra tokia, kurioje mes dabar gyvename. Teorija, jei ji teisinga, išspręstų svarbias problemas, su kuriomis susiduria dalelių fizika.

Straipsnyje, kuris yra atspausdintas „Physical Review Letters“ žurnale, Stojkovičius ir Lojolos Marimaunto universiteto (Loyola Marymount University) fizikas Jonas Mureika aprašo bandymą, kuris turėtų patvirtinti arba paneigti „pradingusių matmenų“ hipotezę.

Kadangi šviesai ir kitoms bangoms reikia laiko pasiekti Žemę, tai teleskopai, žiūrintys į kosmoso erdvę, gali, iš principo, pažvelgti į praeitį, stebėdami nutolusius Visatos objektus.

Gravitacinės bangos negali egzistuoti vienmatėje ir dvimatėje erdvėje. Todėl Stojkovičius ir Mureika turi pagrindo manyti, kad Lazerio interferometro erdvės antena (Laser Interferometer Space Antenna – LISA), planuojama pastatyti kaip gravitacinė observatorija, neturėtų užregistruoti gravitacinių bangų, atsiradusių ankstyvosios Visatos mažesnių dimensijų epochoje.

Stojkovičius, kuris yra fizikos profesorius, paminėjo, kad jų teorija apie besivystančias erdvės dimensijas radikaliai skiriasi nuo mūsų supratimo apie kosmosą, kokia turėtų būti Visata.

Pagrindinė teorijos idėja – tai erdvės dimensijų priklausomybė nuo erdvės dydžio. Kuo mažesnė erdvė, tuo mažiau yra matmenų joje. Tai reiškia, kad ketvirtoji dimensija atsivers Visatai plečiantis toliau. Žinoma, jei ji dar neatsivėrė. Teorijoje skelbiama, kad erdvė pasižymi mažesniu matmenų skaičiumi esant labai aukštoms energijoms, o tai buvo būdinga ankstyvajai Visatai iš karto po Didžiojo sprogimo. Jei Stojkovičius su Mureika yra teisūs, tai jų teorija padės išspręsti fundamentalias elementariųjų dalelių fizikos standartinio modelio problemas.

Teorija paaiškintų, kodėl iki šiol nepavyko apjungti kvantinės mechanikos ir bendrojo reliatyvumo teorijos (BRT). Kvantinė mechanika ir BRT yra du matematiniai modeliai, sėkmingai aiškinantys Visatoje galiojančius fizikos dėsnius. Kvantinė mechanika tinka aprašant Visatą labai mažais atstumais. Bendroji reliatyvumo teorija galioja dideliais atstumais. Šiuo metu laikoma, kad abi teorijos yra tarpusavyje nesuderinamos. Bet jei Visata mažais atstumais pasižymėtų mažesniu matmenų skaičiumi, matematiniai skirtumai tarp abiejų modelių pranyktų.

Teorija taip pat paaiškintų Visatos greitėjantį plėtimąsi. Mokslininkai nustatė, kad Visatos plėtimasis vyksta su pagreičiu, bet to niekaip negali suprasti. Papildomas naujas matmuo Visatai besiplečiant paaiškintų šį greitėjantį plėtimąsi. Stojkovičius mano, kad galbūt ketvirtasis matmuo jau atsirado labai dideliais, kosmologiniais atstumais.

Teorija taip pat paaiškintų, kodėl turi kisti Higso (Higgs) bozono masė. Standartinis dalelių fizikos modelis numato iki šiol neatrastos elementariosios dalelės, vadinamos Higso bozonu, egzistavimą. Standartinio modelio lygtyse mokslininkams, kad galėtų tiksliai aprašyti realaus pasaulio fizikinius dėsnius, reikia kiekvieną kartą dirbtinai parinkti Higso bozono masę, kai tiriamos sąveikos tarp aukštų energijų dalelių. Jei erdvė, esant didesnėms energijoms, turėtų mažiau matmenų, tokio dirbtinio masės parinkimo poreikis pranyktų.

„Tai, ką mes siūlome, yra, paprasčiausiai, mūsų supratimo apie Visatą pakeitimas, – pasakė Stojkovičius. – Fizikai jau daugelį metų bando išspręsti šias problemas“. „Mes turime atsižvelgti į tai, kad galbūt ankstesnėse idėjose yra kažkas fndamentaliai neteisinga, – tęsė jis, aiškindamas savo teoriją. – Mums reikia kažko radikalaus ir naujo, o mūsų teorija ir siūlo kažką ypatingai nauja ir radikalaus“.

Kadangi iki LISA projekto užbaigimo yra dar daug metų, praeis nemažai laiko, kol Stojkovičius ir Mureika galės patikrinti savo idėjas. Tačiau kai kurie eksperimentai gali būti, kad patvirtina mažesnių matmenų erdvės egzistavimą. Pavyzdžiui, mokslininkai pastebėjo, kad kosminių dalelių pagrindinės energijos srautas yra išsidėstęs dvimatėje plokštumoje. Tokios energijos yra didesnės už vieną teraelektronvoltą, o tai atitinka ankstyvosios Visatos energijos srautus.

Jei didesnės energijos atitinka mažesnių matmenų erdvę, kaip numato „pradingstančių matmenų“ teorija, mokslininkai, dirbantys su Didžiuoju hadronų priešpriešinių srautų greitintuvu (angl. Large Hadron Collider) Europoje, stebėtų didelių energijų dalelių sklaidą plokštumoje. Stojkovičius pasakė, kad tokių įvykių stebėjimas būtų ne tik labai jaudinantis, bet ir atliekantis nepriklausomą pasiūlytų idėjų patikrinimą.