Physical blog

A jelenleg ismert világegyetem három térbeli és egy időbeli dimenzióból áll, azonban elméletileg ennek akár a sokszorosa is létezhet. A Virginia Tech Villamos- és Számítógép Mérnöki Karának kutatói pontosan egy extra dimenzió felfedezésén dolgoznak.

"Mi azt az elméletet kutatjuk, mely szerint a világegyetem rendelkezik egy alig észlelhető ötödik dimenzióval is" - magyarázta Michael Kavic, az egyetem hallgatója, aki John Simonetti fizikus professzor védnöksége alatt dolgozik a projekten. "Ez az plusz dimenzió felgombolyodik, olyan állapotba, mint amilyen az univerzum az ősrobbanás idején volt." A kutatócsoport apró kezdeti, más néven primordiális fekete lyukakat keres, amik ha felrobbannak, a Földön is észlelhető rádió impulzust hoznak létre. Ezeket a kis mérető, elvileg aszteroida nagyságú fekete lyukakat azért hívják primordiálisnak, mert a világegyetem kezdete utáni első másodperc töredékeiben keletkeztek.

A fekete lyukak idővel elpárolognak, tömeget vesztenek, ezáltal összezsugorodnak. Elméletileg egy, a plusz dimenziónál nagyobb fekete lyuk a dimenzió köré tekeredne, mintha egy vastag gumiszalagot tekernénk egy öntözőcső köré. Amikor a fekete lyuk elkezd zsugorodni, olyan vékonnyá nyúlik az extra dimenzió körül, hogy egyszer csak elszakad, robbanást hozva létre, ami egy rádió impulzust eredményez. A Virginia Tech csapata egy 8 méteres hullámhosszú rádióteleszkóp felállításán dolgozik Montgomery megyében, amivel a fent leírt impulzusok után kutathatnának egészen 300 fényévnyi távolságban. Észak-Karolina délnyugati részén már működik egy hasonló műszer, ami hónapok óta keresi a robbanások jeleit. A két távcső elsősorban egymás igazolására szolgál.

"Számos dolog idézhet elő rádió hullámokat, az egyik ilyen a kezdeti fekete lyukak robbanása" - mondta Simonetti. "Alapvetően egy különleges, nagy energiájú robbanást keresünk, ami rádió hullámokat hoz létre. Ha egy impulzust mindkét műszer egy időben észlel, az már jó jel arra nézve, hogy valami valósról beszélünk, nem pedig egy ember által létrehozott interferenciáról."

Sokan feltehetik a kérdést, mire jó egy plusz dimenzió kutatása, pláne egy olyané, ami ilyen parányi? Az egyik ok a húrelmélethez kapcsolódik, a fizika azon területéhez, ami szerint a világegyetem alapvető építőelemei kis anyaghúrok, melyek úgy rezegnek mint egy gitár húrjai, különböző harmóniákat hozva létre. "A húrelméletnek szüksége van a plusz dimenziókra ahhoz, hogy következetes elméletté váljon" - magyarázta Kavic. "A húrelmélet legalább 10 dimenziót feltételez, mi azonban csak egy extra dimenziós modellekben gondolkozunk."

A teoristák szerint a plusz dimenziók észlelésére a Svájcban épülő Large Hadron Collider részecskegyorsító lesz igazán alkalmas, amihez már olyan sok felfedezést társítottak, legutóbb például az időutazás lehetőségének bizonyítását olvashattuk. A Virginia Tech csapata bízik benne, hogy a rádiócsillagászat segítségével is megtalálják a plusz dimenziójukat, ami jóval egyszerűbb és olcsóbb vállalkozás, mint az LHC. A keresés legalább 5 éven át fog folyni. Kavic szerint ha sikerül bizonyítékot találniuk egy extra dimenzióra, az forradalmasíthatja a térről és időről alkotott nézeteinket. (forrás: sg.hu)

A téridő, amelyben élünk, négydimenziósnak tűnik. Erre legcélszerűbb háromdimenziósként tekinteni, a negyedik pedig az idő. A tér egy bizonyos pontjából fel/le, balra/jobbra, és előre/hátra vagyunk képesek elmozdulni. Bármely más irányba történő elmozdulás felfogható ezen elmozdulások együttesének (lineáris kombinációjának).

Az időt egy negyedik dimenziónak lehet tekinteni. Kicsit eltér a másik háromtól, mivel csupán egy létezik belőle, valamint látszólag csak egy irányban lehet benne haladni. A szemünkkel érzékelhető nagyságrendű fizikai folyamatok nem szimmetrikusak az időre nézve. A szubatomikus Planck-skálán szintjén azonban majdnem az összes fizikai folyamat időszimmetrikus (azaz az egyenletek, melyek leírják ezeket a folyamatokat, nem függenek az idő irányától), ez azonban nem jelenti azt, hogy a szubatomikus részecskék képesek az időben visszafelé haladni.

A húrelmélet és más hasonló nézetek azt állítják, hogy a térnek, melyben élünk, valójában sokkal több dimenziója létezik (a legtöbben 10, 11 vagy 26 dimenziót tételeznek fel), de az univerzum kiterjedése a plusz dimenziókban szubatomikus méretű.

A fizikai és mérnöki tudományokban, egy fizikai mennyiség dimenziója azoknak a fizikai mennyiségeknek az osztálya, amikkel az adott mennyiség összemérhető (lényegében a mennyiség mértékegysége). Például a sebesség dimenziója út per idő. Az SI mértékegységrendszerben a dimenziót a hét alapmértékegység kitevője határozza meg.

Az antianyagban az atomot a proton, neutron és elektron helyett azok antirészecskéi, az antiproton, antineutron és pozitron építi fel. Rendes anyaggal találkozva megsemmisül mindkettő és energia szabadul fel elektromágneses sugárzás (fotonok) formájában.

Az első antianyagot (antihidrogént) a CERN-ben sikerült előállítani és megfigyelni 1995-ben (Low Energy Antiproton Ring, LEAR). Azóta sikerült antideutériummagot (antiproton és egy antineutron) is előáálítani, viszont nehezebb atommagokat nem. Az antianyag ugyanúgy viselkedik, mint a rendes anyag: ugyanazok az emissziós és abszorpciós spektrumai, mágneses tulajdonságai.

Már Paul Dirac felvetette a kérdést, hogy lehetséges-e, hogy a világegyetem bizonyos térségei (csillagok, bolygók, akár egész galaxisok) antianyagból vannak. Ez esetben azonban a térség határán, ahol az anyag és az antianyag találkozik, erős elektromágneses sugárzást lehetne megfigyelni, hacsak az anyag-antianyag halmazok nem szeparálódtak el teljesen. Mivel ilyet eddig nem észleltünk, ezért feltételezhetjük, hogy a látható világegyetem teljes egészében anyagból van.

Paul Dirac anyag-antianyag modellje a félvezetők elektron-lyuk modelljéhez hasonlóan magyarázza az anyag-antianyag keletkezést, valamint az annihilációt. Modellje szerint a teret egy tökéletes térrácsként kell elképzelni, melynek rácspontjaiban részecskék ülnek, és ezen pozíciójukban nem megfigyelhetők (üres tér). Azonban ha az egyik rácspontból a részecskét kilökjük (2*m*c2 energiamennyiséggel), az a mozgása révén észlelhetővé válik (anyagrészecske), azonban a rácspontban maradt hiány (lyuk) úgy fog viselkedni, mint egy majdnem minden szempontból ellentétes részecske (antirészecske). Ha a lyukba beugrik egy szomszédos rácsponban lévő részecske, akkor annak a helyén alakul ki lyuk, vagyis a lyuk (antirészecske) vándorol. Az annihiláció folyamata pedig nem más, mint amikor egy kóborló részecske beugrik egy üres rácspontba (lyuk), visszaáll a tér homogén szerkezete, és a 2×m×c² energia kisugárzódik. Ezen modell szerint a térben található minden egyes részecskének megvan az antianyag párja, vagyis az univerzumban lévő anyag mennyisége megegyezik az antianyagéval.

A Dirac modell következtében mára már általánosan elfogadott, hogy az ősrobbanás során ugyanakkora mennyiségben keletkezett anyag és antianyag. Sokáig nyitott kérdés volt, hogy miért van mégis a világegyetem túlnyomó része anyagból (antianyag csak elvétve található, az is nagyenergiájú részecskék ütközése során keletkezik). Erre a kérdésre CP (töltés-paritás) szimmetriasértés válaszol (kaonok és a jelenleg is kutatás alatt álló B-mezonok).

A fizika egyik célja, hogy az összes kölcsönhatást egyetlen közös elmélettel írjon le. Ezzel lehetővé válna, hogy az összes kölcsönhatást egyetlen alapkölcsönhatásra vezessünk vissza. Eleinte az elektrosztatika és az elektrodinamika is külön jelenségnek látszott, majd rájöttek, hogy az áram töltött részecskék mozgása. Majd a Maxwell-elmélet egyesítette az elektromosságot és a mágnesességet, később a részecskefizikai standard modell, a részecskék kvantummechanikai elmélete, egyesítette a gyenge és az elektromágneses kölcsönhatást.

A nagy egyesített elmélet vagy Grand Unification Theory (GUT) jelenti a még meg nem levő elméletet, mely a gravitáció kivételével a másik hármat egyesítené, tehát az elektrogyengét az erőssel. További lépés lenne a gravitáció beolvasztása, melyet „minden dolgok elmélete” vagy Theory Of Everything (TOE). Az elmélet megalkotásának fő nehézsége, hogy a gravitációnak nincs meg a kvantummechanikával összhangban levő általánosan elfogadott elmélete (kvantumgravitáció). A probléma megoldásához a húr elmélet látszik a legmegfelelőbbnek,de ezt még nem sikerült bebizonyítani!

A gravitáció két, tömeggel rendelkező test egymás felé való gyorsulásának hajlamát jelöli.

A gravitáció elméletének első matematikai megfogalmazását Sir Isaac Newton adta és ez bámulatosan pontosnak bizonyult. Egy erőt feltételezett amelyet „univerzális gravitációs kölcsönhatás”-ként írt le.

Ma az Albert Einstein által létrehozott általános relativitáselmélet az elfogadott elmélet a gravitációs jelenségek leírására.

Nikola Tesla kétségbevonta Albert Einstein relativitáselméletét, bejelentve, hogy ő a gravitáció dinamikus elméletén dolgozik (amelyet 1892 és 1894 között kezdett el). Úgy érvelt, hogy egy „erőtér” feltételezése sokkal jobb koncepció lenne és az elektromágneses energia közegére fókuszált, amely kitölti a matematikailag definiált teret és ezáltal az egész általunk belátható világűrt.