Prečo žijeme v trojrozmernom vesmíre?

Teória strún prináša vysvetlenie, prečo je náš svet trojrozmerný. Možno je to prelomový moment výskumu počiatku nášho vesmíru.

Teória veľkého tresku popisuje začiatok tohto vesmíru ako "explóziu" z nekonečne hustého bodu. Teória je podporovaná pozorovaním mikrovlnného pozadia vesmíru a relatívneho zastúpenia prvkov v ňom. Základná teória popisujúca vesmír, Všeobecná teória relativity však už na popis prvého momentu nestačí. Počiatok vesmíru je stále otvorenou otázkou.

Všeobecná teória relativity (VTR) je navyše len teóriou jedinej interakcie, zo štyroch, ktoré v našom vesmíre fungujú. VTR je teóriou gravitácie, nepopisuje mikrosvet. V počiatočných momentoch vesmíru boli všetky interakcie spojené čo VTR nedokáže popísať a Štandardný model popisujúci zjednotenie ostávajúcich troch interakcií zas nezahŕňa gravitáciu.  Teória strún na rozdiel od VTR a Štandardného modelu je teóriou všetkého, teóriou všetkých štyroch interakcií. Zdá sa teda vhodnou na popis počiatkov vesmíru. Teória strún však predpokladá vznik vesmíru v 9 rozmeroch. Ako teda vesmír dospel do súčasného stavu s troma priestorovými dimenziami? 

Odpoveď prináša simulácia zrodenia vesmíru realizovaná trojčlenným japonským tímom teoretických fyzikov, ktorému sa podarilo popísať vývoj vesmíru Teóriou strún. Špeciálnou metódou počítania s veľkými maticami v takzvanej maticovej reprezentácii teórie strún ukázali, že v určitom momente vývoja vesmíru sa začnú tri z jeho deviatich rozmerov rýchlo rozpínať. To vedie k existencii vesmíru takého ako ho poznáme.

Jun Nishimura, Asato Tsuchiya a Sang-Woo Kim výpočtami v maticovej reprezentácii prekonali problém s popisom silných interakcií v klasikom popise teórie strún, ktorý je platný pri slabých interakciách. Maticová reprezentácia, takzvaný IKKT maticový model A z roku 1996 (meno modelu podľa inicálok mien autorov Ishibashi, Kawai, Kitazawa a Tsuchiya)  umožňuje aj popis silných interakcií a je tak vhodnejšia pre popis reálnych fyzikálnych situácii.

Takzvané reprezentácie si môžme predstaviť ako rôzne formy popisu tej istej veci. Niektoré formy popisu sú vhodnejšie než iné, respektíve v niektorých je možné vyjadriť a vyriešiť veci, ktoré v iných napríklad pre ich komplikovanosť nie je možné vyriešiť. Veľmi zjednodušeným príkladom je napríklad poloha na Zemi. Môžete ju zapísať rôznými spôsobmi. Napríklad aj vzdialenosťou od stredu Zeme v troch súradniciach. To je ale dosť nepraktické, používame preto radšej súradnice sférickej sústavy. Uhly geografickej šírky a dĺžky. Je to vhodnejši popis pre povrch (Zeme)gule. Alebo z matematiky poznáme arabské a rímske čislice. Z týchto príkladov vidíme vhodnosť a nevhodnosť jednotlivých foriem popisu jednej veci. Tak aj zložité koncepty akým je teória strún majú rôzne formy zápisu, takzvané reprezentácie. Nájdením vhodnej je možné s teóriou pracovať a aplikovať ju na širšiu skupinu situácii a problémov, ktoré má popisovať. 

Vráťme sa späť k simuláciam japonského tímu. Po prvý raz sa v nich teóriou strún ukázalo, že trojrozmerný vesmír pochádza z 9 rozmerného. Tento záver podporuje platnosť teórie strún a možnosť jej použitia na popis prvých okamihov existencie nášho vesmíru. Táto nová metóda otvára možnosti výskumu viacerých otvorených otázok vzniku a vývoja vesmíru. Je možné, že prinesie ďalšie vysvetlenia a pochopenia problémov ako je inflačná fáza vývoja vesmíru. Možno stojíme na prahu prielomu v skúmaní zrodenia vesmíru.    

Simulácie bežali na superpočítači Hitachi SR16000 (teoretický výkon: 90.3 TFLOPS) na Kiótskej Univerzite. Ich výsledky budú čoskoro zverejnené v prestížnom časopise Physical Review Letters.

Zdroj: www.spacedaily.com