Scinet.cz » Věda

Proč se rozpínají jen tři rozměry?

9.9. 2007, Oldřich Klimánek

Brian Greene, známý teoretický fyzik a mezi širokou veřejností proslulý coby úspěšný popularizátor fyziky a kosmologie, napsal se svou kolegyní Jannou Levinovou článek, ve kterém se snaží nastínit odpověď na otázku, proč se rozpínají jen tři prostorové dimenze a co může řídit zrychlenou expanzi vesmíru. Greene s Levinovou studovali bránový model světa s toroidními dodatečnými prostorovými dimenzemi. Abychom měli jasno, co se tím míní: bránové modely jsou teoretické kosmologické modely, v nichž vesmír (třeba právě náš) je „membránou“ (lívancem, chcete-li) vznášející se ve vícerozměrném prostoru, kterému se anglicky říká „bulk“, česky někdy „prostor světů“. V prostoru světů může naše trojbrána (předpona troj- se odvíjí od skutečnosti, že náš vesmír má tři velké prostorové dimenze) poletovat sama, nebo může sousedit s další blízkou bránou. (Nepleťte si „bránu“ s normálním českým významem. Brány obecně představují v superstrunové/M-teorii vícerozměrné objekty. Jsou to tedy „vícerozměrné superstruny“, chcete-li.) Velice populární bránové modely pocházejí z dílny Lisy Randallové a Ramana Sundruma. Jde o bránové modely typu I a II ― o nich se psalo např. v článku Hon na čtvrtou prostorovou dimenzi, popř. si tento článek můžete stáhnout ve formátu PDF.

3brana-ve-prostoru-svetu.gif

Prostor světů s trojbránou ― naším trojrozměrným vesmírem. Čtvrtá dodatečná dimenze zde není kompaktní, ale jak plyne z II. typu bránového modelu Randallové-Sundruma její velikost může být i nekonečná.

Toroidní dodatečné dimenze, o kterých je zmínka na počátku článku, jsou malé extra rozměry, které se v těchto modelech objevují. Jde o kompaktní dimenze jednoduchého tvaru (toto zjednodušení ulehčuje výpočty), jež mají konečnou velikost a jsou „uzavřené“. Jednoduchý toroid je zobrazen na obrázku níže.

Greene s Levinovou si chtěli posvítit na otázku, která trápí nejednoho strunového teoretika/kosmologa. Jestliže náš vesmír obsahuje více prostorových dimenzí než jen tři a jestliže zbylé jsou malinké a stočeny do sebe, proč je tomu tak? Jinými slovy, proč se při velkém třesku začaly rozpínat pouze tři dimenze, které narostly do obrovských rozměrů, zatímco další dimenze „se krčí v rohu“?

Toroid

Tuto otázku se snažilo rozřešit více fyziků, leč leckteré ze scénářů se odvolávají antropického principu. Greene s Levinovou však zjistili, že ji lze vyřešit, či její řešení v řeči jejich bránového modelu nastínit, v rámci Casimirovy energie pocházející z fluktuací polí ve vakuu. Podle nich totiž Casimirova energie, když má vhodné vlastnosti, může dodatečné prostorové dimenze stabilizovat, zatímco tři prostorové dimenze se rozepnout do velkých rozměrů. Kromě toho Casimirova energie se v těchto velkých dimenzí postará i o skrytou energii, jejíž podstata trápí fyziky i kosmology ― Casimirova energie by totiž podle Greena a Levinové mohla řídit zrychlenou expanzi vesmíru, jíž astronomové objevili koncem 90. let.

Zmíněné výpočty a závěry se sice týkají jen zjednodušeného modelu bránového světa, ale autoři doufají, že jejich práce přiláká i ostatní teoretiky, kteří jejich myšlenky dále rozvedou. Chcete-li detaily, vrhněte se na originální článek Greena a Levinové: ArXiv:0707.1062.

Oldřich Klimánek

Provozovatel serveru Scinet.cz.


VLOŽIT KOMENTÁŘ