De ce Universul are doar trei dimensiuni?

Un grup de fizicieni, condus de Thomas Kephart de la Universitatea Vanderbilt, au venit cu o nouă teorie care poate explica de ce Universul are doar trei dimensiuni, scrie Seeker.

De asemenea, aceştia cred că noul model poate explica expansiunea Universului imediat după Big Bang.

• De ce avem unghii la picioare?
• Ce fac insectele iarna?

Aceasta este o mare dilemă în fizică, mai ales în condiţiile în care „teoriile gravitaţiei cuantice, pecum teoria stringurilor, indică existenţa a nouă sau zece dimensiuni spaţiale la nivelul fundamental”, au precizat cercetătorii.

Au combinat fizica particulelor cu teoria nodurilor pentru a încerca să explice conceptul de „tuburi de flux” (flux tubes), „fire flexibile” de energie care ţin împreună particulele elementare.

Quarcii, particulele elementare care alcătuiesc protonii şi electronii, sunt ţinuţi împreună de un un alt tip de particulă elementară numită gluon. Aceştia leagă quarcii pozitivi de antiquarci (negativi) cu ajutorul acestor tuburi de flux.

În mod normal, tubul de flux care leagă quarcul de antiquarc ar dispărea atunci când două particule vin în contact, adică s-ar autoanihila. Totuşi, echipa a precizat într-o lucrare publicată în European Physical Journal C că dacă două sau mai multe fluxuri de tub se întretaie, devin stabile. Dacă tuburile iau forma unui nod, devin chiar mai stabile şi pot supravieţui particulelor care le-au creat. Teoria nodurilor este o teorie matematică unde nodurile sunt curbe autointersectante.

„Un nod sau o legătură între două tuburi de flux este stabil în teorie doar dacă acestea sunt incapabile să se intersecteze, să se reconecteze sau să treacă una prin alta”, au precizat cercetătorii.

În momentele de tranziţie, precum cele care aveau loc în timpul Big Bang-ului, particulele legate s-ar desprinde, iar tuburile de flux s-ar alungi până când ar atinge un punct în care s-ar rupe. Atunci când se rup, eliberează suficientă energie pentru a forma o a doua pereche quarc-antiquarc care s-ar rupe şi s-ar lega de particulele originale, producând două perechi de particule legate. Altfel spus, este ca şi cum ai tăia un magnet în două, iar ambii magneţi rezultaţi ar avea câte doi poli.

„Doar un număr de trei dimensiuni pot duce la expansiunea şi crearea unui univers stabil”

Dacă tuburile ar fi înnodate, ar putea să se extindă şi să se multiplice. Echipa a calculat energia pe care reţeaua de tuburi de flux o poate conţine şi a găsit că va fi suficientă pentru a alimenta perioada de început a expansiunii cosmice.

În acest mediu, echipa a precizat că plasma de quarc-gluon formată ar fi dus la condiţii propice pentru formarea tuburilor de flux la începutul Universului. Mai mult decât atât, şi mai important în articolul de faţă, este că acest sistem ar merge dacă Universul exista doar în trei dimensiuni. Dacă se adaugă dimensiuni, procesul devine instabil.

„Dintre toate posibilele numere de dimensiuni ale spaţiului, mecanismul nostru indică faptul că doar un număr de trei dimensiuni pot duce la expansiunea şi crearea unui univers stabil”, precizează echipa. „Acest model poate explica de ce trăim în trei dimensiuni, deoarece tuburile înnodate sunt instabile din punct de vedere topologic în spaţiul cu mai multe dimensiuni”.

Tehnic vorbind, acest studiu recent confirmă un model din 2012 al cercetătorilor japonezi care au descoperit că, la momentul Big Bangului, Universul avea 10 dimensiuni, dar doar trei dintre acestea s-au extins. Astfel, spaţiul tridimensional pe care îl experimentăm s-a putut forma din 10 dimensiuni, aşa cum prezice şi teoria stringurilor (numită şi teoria corzilor).

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

7 enigme încă nedescifrate ale Universului

Big Bang – cum ştim că aşa a început totul?

Ce a existat înainte de Big-Bang? Oamenii de ştiinţă au elucidat marele mister

Adio Big Bang? Oamenii de ştiinţă au o nouă teorie extraordinară despre cum a apărut Universul