Pentru o descriere cât mai exactă a Universului, tot mai multe teorii din fizica actuală presupun existenţa unor dimensiuni suplimentare ale Universului cu ajutorul cărora s-ar putea explica unele mistere ale naturii.

Cum poate fi însă dovedită existența acestor dimensiuni suplimentare ale Universului care sunt atât de dificil de identificat?

Dimensiuni suplimentare UniversCredit: PIXELPARTICLE/SHUTTERSTOCK

Noile experimente programate să se desfăşoare în cadrul acceleratorului de particule Large Hadron Collider (LHC) ar putea evidenţia, în cele din urmă, câte dimensiuni suplimentare are Universul, dacă acestea există într-adevăr.

Problema numărului de dimensiuni ale Universului i-a preocupat în permanenţă pe fizicieni, care de-a lungul timpului au propus mai multe teorii, de la lucrarea lui Paul Ehrenfest din anul 1918, în care acesta analizează conceptul de spaţiu tridimensional, şi până la Teoria M care a fost elaborată în anii 1990.

Odată cu progresele tehnologice din epoca actuală și cu ajutorul noilor teorii şi modele matematice poate că vom reuşi să înțelegem mai bine unul dintre cele mai mari mistere ale Universului.

Dimensiuni suplimentare, gravitaţie și lumină

Cele mai multe teorii care analizează numărul de dimensiuni ale Universului se concentrează asupra a două dintre forţele fundamentale din Univers, forţa electromagnetică şi forța gravitațională, care sunt cel mai ușor de observat şi de studiat în universul fizic.

Aceste modele teoretice se bazează pe caracteristicile observabile ale Universului pentru elaborarea unor teorii și presupuneri cu privire la modul cum funcționează Universul.

Cel mai simplu model a propus că Universul este tridimensional. Deşi acest model este intuitiv şi logic, acesta nu descrie cu precizie modul cum percepem realitatea înconjurătoare. Din acest motiv, unii matematicieni, în mod special Hermann Minkowski, au combinat cele trei dimensiuni spațiale, lungime, lățime și adâncime, cu o a patra dimensiune, timpul, pentru o descriere spaţio-temporală a realității.

Ulterior fizicienii au constatat o serie de neconcordante care nu au putut fi explicate. De exemplu, de ce gravitația acţionează la o scară dimensională atât de mare, corespunzătoare obiectelor masive, precum planete, stele, galaxii, în timp ce alte forțe fundamentale, precum forţa nucleară tare şi forţa nucleară slabă, acționează la o distanţă atât de mică? Sau, de ce forţa gravitaţională este mult mai slabă decât celelalte forțe fundamentale?

Această problemă este cel mai uşor de înţeles dacă ne gândim că atracţia unui mic magnet de bucătărie asupra unei pioneze din oțel învinge atracția gravitațională a întregului Pământ asupra pionezei.

Din acest motiv, fizicienii au conceput o serie de teorii pentru a încerca să explice aceste discrepanțe. Astfel, diferitele teorii ale corzilor vibrante, care s-au bazat pe activitatea lui Theodor Kaluza și Oskar Klein din anii 1920, au avansat ideea că tot ceea ce observăm în natură se datorează vibraţiilor unor corzi unidimensionale. Aceste teorii necesită însă existenţa unui număr de zece sau chiar mai multe dimensiuni ale Universului, dimensiunile spaţiale suplimentare fiind compactate la o scară dimensională foarte mică, dincolo de limita actuală de observaţie.

Membrane cosmiceO ilustrare a modului cum gravitaţia se scurge între diferite „membrane” dintr-un spațiu-timp multidimensional. Credit: learner.org

Teoria M presupune un Univers cu 11 dimensiuni, format din corzi și membrane, având o dimensiune suplimentară extinsă care ar putea fi observată. În această teorie, materia, energia și cea mai mare parte a forțelor fundamentale se datorează membranelor vibrante din spaţiul-timp. Cu toate acestea, gravitaţia ar fi un fel de agent liber care acţionează în membrane și în spaţiul multidimensional în care a 11-a dimensiune este extinsă.

Din acest motiv, gravitonii, particulele purtătoare ale forței gravitaționale, se pot scurge în spaţiul multidimensional, ceea ce diminuează intensitatea gravitaţiei la o scară mică dimensională, dar asigură gravitaţiei o intensitate mare la o scară dimensională mare.

Fizicienii cred că acceleratorul de particule Large Hadron Collider de lângă Geneva, Elveția, poate fi utilizat pentru a găsi răspunsul la întrebarea privind numărul de dimensiuni suplimentare ale Universului.

În prezent oamenii de știință de la CERN caută în experimentele din cadrul CERN trei evenimente specifice care pot dovedi existenţa unor dimensiuni suplimentare ale Universului: prezența urmelor unor particule masive, pierderi de energie cauzate de gravitonii care migrează către dimensiuni spaţiale superioare și găuri negre microscopice.

Experimentele în curs de desfăşurare la CERN vor explora aceste posibilități şi ele vor furniza, probabil, indicii privind „teoria totului”, o teorie care să unifice toate legile Universului.

Sursă: Futurism