Πως χάθηκαν οι 6 διαστάσεις που διέθετε κάποτε ο σημερινός τρισδιάστατος κόσμος μας




Ένα μακροχρόνιο αίνιγμα της θεωρίας των υπερχορδών, μια αμφιλεγόμενη αλλά δημοφιλής θεωρία, γιατί το σύμπαν έχει μόνο τρεις διαστάσεις κι όχι εννέα, λύθηκε με τη βοήθεια προσομοίωσης σε ένα υπερ-υπολογιστή.

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος δεν μπορεί πραγματικά να φανταστεί έναν χώρο με περισσότερες από τρεις διαστάσεις. Όμως, οι θεωρητικοί λένε ότι δεν υπάρχει μαθηματικός λόγος που δεν μπορούν να υπάρξουν περισσότερες τέτοιες κατευθύνσεις. Πράγματι, η θεωρία των υπερχορδών επιμένει ότι υπάρχουν. Αυτό που τους κάνει να το υποστηρίζουν είναι ότι αυτό το μοντέλο καταφέρνει να προσφέρει μια ενιαία εξήγηση για διαφορετικά ανόμοια δομικά στοιχεία της φύσης και φυσικές δυνάμεις.
superstrings-art Η θεωρία των υπερχορδών θεωρεί ότι τα στοιχειώδη σωματίδια της φύσης, είναι μικροσκοπικές χορδές και ο τρόπος που πάλλονται δημιουργούν τα σωματίδια που βλέπουμε.
Η θεωρία των υπερχορδών – η οποία στην πραγματικότητα είναι μία από τις πολλές εκδοχές της θεωρίας χορδών – υποστηρίζει ότι τα σωματίδια της φύσης μπορούν όλα να εκπροσωπούνται από τους διαφορετικούς τρόπους που πάλλονται μικροσκοπικές χορδές σε πολλές διαστάσεις.
Μια συχνή αντίρρηση στη θεωρία των χορδών είναι ότι είναι μη-ελέγξιμη, μια κριτική που οι υποστηρικτές της θεωρίας συχνά αμφισβητούν, αν και δεν έχει περάσει καμία πραγματική δοκιμασία (έλεγχο) με ευρεία συμφωνία των φυσικών.
Ένα πράγμα που οι περισσότεροι φυσικοί συμφωνούν είναι ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε με μία έκρηξη σε ένα απειροελάχιστο σημείο. Αρκετές παρατηρήσεις, που περιλαμβάνουν και ότι το σύμπαν συνεχώς επεκτείνεται σαν συνέχεια αυτής της αρχέγονης έκρηξης, υποστηρίζουν αυτή την ιδέα – το λεγόμενο Bin Bang. Ωστόσο, οι επιστήμονες δεν ήταν σε θέση έως τώρα να διευκρινίσουν λεπτομερώς τον τρόπο που συνέβη αυτό το «Big Bang».
Στη θεωρία των υπερχορδών, μία από τις επιτρεπόμενες δονήσεις των χορδών αντιστοιχεί σε ένα σωματίδιο που μεταφέρει τη δύναμη της βαρύτητας. Οι συνήγοροι των υπερχορδών λένε πως αυτό το χαρακτηριστικό οδηγεί σε ένα άλλο πλεονέκτημα: φέρνει τα στοιχειώδη σωματίδια ως μία ομάδα κάτω από την ομπρέλα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν – ένα εξαιρετικά ισχυρό μοντέλο του σύμπαντος, αλλά δυστυχώς αυτό περιγράφει κυρίως τη βαρύτητα και δυσκολεύεται να φωτίσει τον κόσμο των υποατομικών σωματιδίων. Επεκτείνοντας την εμβέλεια της γενικής σχετικότητας σε αυτό το μικροσκοπικό επίπεδο, οι ερευνητές πιστεύουν ότι μπορούν να εισχωρήσουν πιο βαθιά στη φύση του Big Bang.
Ένα υπόλοιπο ανεπίλυτο ζήτημα ήταν ότι οι υπολογισμοί δεν ήταν σε θέση να εξηγήσουν τις επιπλοκές που προκύπτουν από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των χορδών.
Στη νέα μελέτη, τρεις φυσικοί που δουλεύουν στον μεγάλο επιταχυντή των πανεπιστημίων Shizuoka και Osaka, δήλωσαν ότι ανέπτυξαν μια μαθηματική μέθοδο για να ξεπεραστεί το τελευταίο αυτό πρόβλημα. Έτσι, με αυτή τη μέθοδο κατάφεραν να προσομοιώσουν τη γέννηση του σύμπαντος, σαν να είχε αρχίσει με εννέα χωρικές διαστάσεις, όπως ισχυρίζεται η θεωρία των υπερχορδών.
Καθώς η προσομοίωση συνεχίστηκε, τρεις από αυτές τις διαστάσεις αποδείχθηκε ότι υποβάλλονται σε μια διαστολή γεγονός που τους επέτρεψε να γίνουν ορατές σήμερα, αναφέρουν οι επιστήμονες. Οι υπόλοιπες διαστάσεις παραμένουν κρυμμένες. Οι θεωρητικοί των χορδών θεωρούν ότι οι αόρατες πρόσθετες χωρικές διαστάσεις είναι διπλωμένες, έτσι ώστε να γίνονται σημαντικές μόνο σε μικροσκοπικές κλίμακες.
Το περιεχόμενο της έρευνας
Σε αυτή τη μελέτη, η ομάδα δημιούργησε μία μέθοδο για τον υπολογισμό μεγάλων πινάκων, οι οποίοι αντιπροσωπεύουν τις αλληλεπιδράσεις των χορδών, και υπολόγισαν πως ο χώρος με τις 9 διαστάσεις αλλάζει με τον χρόνο.
Αν κάποιος πάει αρκετά πίσω στο χρόνο, ο χώρος πράγματι εκτεινόταν σε 9 διευθύνσεις, αλλά στη συνέχεια κάποια στιγμή μόνο 3 από αυτές τις κατευθύνσεις άρχισαν να αναπτύσσονται με ταχείς ρυθμούς. Το αποτέλεσμα αυτό δείχνει, για πρώτη φορά, ότι ο 3-διάστατος χώρος που ζούμε στην πραγματικότητα αναδύεται από ένα 9-διάστατο χώρο που προβλέπει η θεωρία των υπερχορδών. Έτσι, τα νέα ευρήματα υποστηρίζουν τη θεωρία των υπερχορδών.
Οι τρεις ερευνητές έκαναν προσομοιώσεις με τον υπερυπολογιστή Hitachi SR16000 (θεωρητική ισχύς 90 Terra Flops) στο Πανεπιστήμιο του Κιότο. Τέλος, η έρευνα θα μπορούσε, να επεκταθεί και να βοηθήσει ώστε να εξηγήσει επιπλέον μυστήρια της φύσης, όπως γιατί το σύμπαν διαστέλλεται με ολοένα αυξανόμενο ρυθμό, πιστεύουν οι ερευνητές.
Η σημασία της έρευνας είναι μεγάλη γιατί καθιερώνει τη χρήση των υπερυπολογιστών για την ανάλυση της θεωρίας των υπερχορδών. Επίσης, θα πρέπει πλέον να είναι δυνατόν να μας προσφέρουν μια θεωρητική κατανόηση του πληθωρισμού, που πιστεύεται ότι έλαβε χώρα στις απαρχές του σύμπαντος και αναπτύχθηκε σαν θεωρία από τους Katsuhiko Sato και Alan Guth ανεξάρτητα στις αρχές του 1980, αλλά και την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος, που η ανακάλυψη της έδωσε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής στον Saul Perlmutter.
Αναμένεται ότι θα αναπτυχθεί κι άλλο η θεωρία των υπερχορδών και να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην επίλυση τέτοιων γρίφων της σωματιδιακής φυσικής, όπως η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης που προτείνεται από αστρονομικές παρατηρήσεις και το σωματίδιο Higgs, το οποίο αναμένεται να ανακαλυφθεί από τα πειράματα στον LHC.
Τα αποτελέσματα της έρευνας πρόκειται να δημοσιευθούν στο περιοδικό Physical Review Letters.