Strona głównaPytania → Wymiary w teorii superstrun

Wymiary w teorii superstrun

Pytanie

Pyta Darkrake

Teoria superstrun mówi, że w naszej czasoprzestrzeni istnieje 10 wymiarów — czy wymiary te są zależne od naszej czasoprzestrzeni? Jeśli nie, to czy mogły one istnieć przed Wielkim Wybuchem?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Dodatkowe wymiary (których powinno być sześć) w teorii superstrun nie są „zależne” od naszej (czterowymiarowej) czasoprzestrzeni. Natomiast to od własności tych dodatkowych wymiarów zależą pewne własności obserwowane w naszej czterowymiarowej czasoprzestrzeni. Zazwyczaj zakłada się, że te dodatkowe wymiary są bardzo małe („uzwarcone”) — analogicznie jak przestrzeń jednowymiarową można „uzwarcić” i zastąpić okręgiem (jeśli promień takiego okręgu będzie bardzo mały, to z dalszej odległości taki okrąg będzie po prostu sprawiać wrażenie punktu, a zatem ruch w tym wymiarze wydawać się będzie niemożliwy). Najprostszym sposobem uzwarcenia dodatkowych sześciu wymiarów jest zastąpienie ich sześciowymiarowym torusem (tzn. sześciowymiarową przestrzenią, której każdy wymiar tworzy okrąg). Bardziej ogólnie, pewne warunki konsystencji implikują, że te sześć wymiarów nie może być zupełnie dowolne, ale musi tworzyć tzw. przestrzeń Calabi-Yau (sześciowymiarowy torus jest najprostszym przykładem przestrzeni Calabi-Yau).

Przy założeniu, że dodatkowych sześć wymiarów jest bardzo małych („uzwarconych”), w „naszych” czterech wymiarach, w niższych skalach energii, teorię (super)strun można przybliżyć teoriami cząstek (tego typu jak Model Standardowy). Konkretna postać i własności takiej teorii w naszych czterech wymiarach zależą w istotny sposób właśnie od geometrii tych dodatkowych uzwarconych sześciu wymiarów. Np. od geometrii tych sześciu wymiarów zależy liczba cząstek oraz sposób ich oddziaływań w naszych czterech wymiarach.

Fizycy włożyli wiele wysiłku, by znaleźć taką szczególną sześciowymiarową przestrzeń Calabi-Yau, której przybliżeniem w czterech wymiarach byłby Model Standardowy — lecz niestety dotychczas nie udało się tego dokonać. Tym niemniej, prace nad tym zagadnieniem są wciąż prowadzone. Poszukiwaniom dodatkowych wymiarów (czy też ich jakichś przejawów ich istnienia możliwych do zaobserwowania w naszych czterech wymiarach) poświęcone są m.in. pewne aspekty eksperymentów w akceleratorze LHC w CERN.

Jeśli chodzi o Wielki Wybuch, to trudno wypowiadać się o tym, co było „przed” nim; zarówno czas, jak i pozostałe wymiary, powinny zostać stworzone podczas Wielkiego Wybuchu. Natomiast, mimo że konstruowane są różne modele, teoria strun nie przewiduje jednoznacznie, czy Wielki Wybuch miał miejsce i co się podczas niego mogło dziać.