Có phải vũ trụ sơ khai chỉ có một chiều không gian? Đó là khái niệm khó hiểu về cốt lõi của một lý thuyết mà nhà vật lý Dejan Stojkovic từ Đại học Buffalo và các đồng nghiệp đã đề xuất vào năm 2010. Họ cho rằng vũ trụ sơ khai - phát nổ từ một điểm duy nhất và rất nhỏ lúc đầu - là một chiều (giống như một đường thẳng) trước khi mở rộng để bao gồm hai chiều (giống như một mặt phẳng) và sau đó là ba chiều (giống như thế giới mà chúng ta đang sống ngày nay).
Lý thuyết, nếu hợp lệ, sẽ giải quyết các vấn đề quan trọng trong vật lý hạt.
Bây giờ, trong một bài viết mới trong các bài đánh giá vật lý, nhà vật lý học của Đại học Stojkovic và Loyola Marymount Jonas Mureika đã mô tả một bài kiểm tra có thể chứng minh hoặc bác bỏ giả thuyết về sự biến mất của các kích thước.
Bởi vì cần có thời gian để ánh sáng và các sóng khác truyền đến Trái đất, về cơ bản, các kính viễn vọng nhìn ra không gian có thể nhìn lại thời gian khi chúng thăm dò vũ trụ bên ngoài vũ trụ.
Sóng hấp dẫn có thể tồn tại trong không gian một hoặc hai chiều. Vì vậy, Stojkovic và Mureika đã lý giải rằng Anten không gian giao thoa kế laser (LISA), một đài quan sát hấp dẫn quốc tế có kế hoạch, không nên phát hiện bất kỳ sóng hấp dẫn nào phát ra từ các kỷ nguyên chiều thấp hơn của vũ trụ sơ khai.
Stojkovic, một giáo sư vật lý, nói rằng lý thuyết về các chiều phát triển đại diện cho một sự thay đổi căn bản từ cách chúng ta nghĩ về vũ trụ - về cách thức vũ trụ của chúng ta hình thành.
Ý tưởng cốt lõi là tính chiều của không gian phụ thuộc vào kích thước của không gian mà chúng ta quan sát, với các không gian nhỏ hơn được liên kết với ít kích thước hơn. Điều đó có nghĩa là một chiều thứ tư sẽ mở ra - nếu nó đã có sẵn - khi vũ trụ tiếp tục mở rộng.
Lý thuyết cũng cho thấy rằng không gian có ít kích thước hơn với năng lượng rất cao thuộc loại liên quan đến vũ trụ vụ nổ lớn, hậu lớn.
Nếu Stojkovic và các đồng nghiệp của anh ấy đúng, họ sẽ giúp giải quyết các vấn đề cơ bản với mô hình vật lý hạt tiêu chuẩn, bao gồm:
Sự không tương thích giữa cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng. Cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng là các khung toán học mô tả vật lý của vũ trụ. Cơ học lượng tử rất giỏi trong việc mô tả vũ trụ ở quy mô rất nhỏ, trong khi thuyết tương đối lại tốt trong việc mô tả vũ trụ ở quy mô lớn. Hiện tại, hai lý thuyết được coi là không tương thích; nhưng nếu vũ trụ, ở cấp độ nhỏ nhất, có ít chiều hơn, sự khác biệt về toán học giữa hai khung sẽ biến mất.
Các nhà vật lý đã quan sát thấy sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc và họ không biết tại sao. Việc bổ sung các chiều mới khi vũ trụ phát triển sẽ giải thích cho sự tăng tốc này. (Stojkovic nói rằng một chiều thứ tư có thể đã được mở ở quy mô lớn, vũ trụ học.)
Mô hình chuẩn của vật lý hạt dự đoán sự tồn tại của một hạt cơ bản chưa được phát hiện gọi là boson Higgs. Tuy nhiên, để các phương trình trong mô hình chuẩn mô tả chính xác vật lý quan sát được của thế giới thực, các nhà nghiên cứu phải điều chỉnh một cách giả tạo khối lượng của hạt Higgs để tương tác giữa các hạt diễn ra ở năng lượng cao. Nếu không gian có ít kích thước hơn ở mức năng lượng cao, thì nhu cầu về loại điều chỉnh này sẽ biến mất.
Những gì chúng tôi đề xuất ở đây là một sự thay đổi trong mô hình, ông St St Stkkovic nói. Các nhà vật lý học đã phải vật lộn với những vấn đề tương tự trong 10, 20, 30 năm và những ý tưởng mở rộng về những ý tưởng hiện tại khó có thể giải quyết chúng.
Chúng tôi phải tính đến khả năng một cái gì đó sai hệ thống với ý tưởng của chúng tôi, anh ấy tiếp tục. Chúng tôi cần một cái gì đó cấp tiến và mới mẻ, và đây là một cái gì đó cấp tiến và mới.
Bởi vì kế hoạch triển khai LISA vẫn còn nhiều năm nữa, nên có lẽ phải rất lâu nữa Stojkovic và các đồng nghiệp mới có thể thử nghiệm ý tưởng của họ theo cách này.
Tuy nhiên, một số bằng chứng thực nghiệm đã chỉ ra sự tồn tại có thể của không gian chiều thấp hơn.
Cụ thể, các nhà khoa học đã quan sát thấy dòng năng lượng chính của các hạt tia vũ trụ có năng lượng vượt quá 1 teraelectron volt - loại năng lượng cao liên quan đến vũ trụ rất sơ khai - được xếp dọc theo một mặt phẳng hai chiều.
Nếu các năng lượng cao tương ứng với không gian chiều thấp hơn, như lý thuyết về kích thước biến mất của giáo sư, thì các nhà nghiên cứu làm việc với máy gia tốc hạt Large Hadron Collider ở châu Âu sẽ thấy sự tán xạ phẳng ở các năng lượng đó.
Stojkovic nói rằng việc quan sát các sự kiện như vậy sẽ là một thử nghiệm độc lập, rất thú vị đối với các ý tưởng được đề xuất của chúng tôi.
Nguồn: EurekAlert, Thư đánh giá vật lý.
