Wymiary przestrzeni ,w której żyjemy i która dla fizyki współczesnej, nie jest już tłem lub naczyniem pustym, gdzie coś/ktoś rozmieścił materię- jaką była dla Isaacka Newtona- są nieustannie interesującym problemem badawczym.
Badania dotyczą hipotetycznych związków między liczbą wymiarów , a zjawiskami, procesami fizycznymi, oraz ich prawami działającymi w przestrzeniach o wymiarach mniejszych od 3 lub większych od 3.
Wydaje mi się , że pionierem w tych badaniach był Paul Ehrenfest [1], który pokazał na przykładach z teorii pola ,jak fundamentalne prawa fizyki zależą od liczby wymiarów przestrzeni ,w której działają.
Na przykład ,prawo grawitacji Newtona w przestrzeni 3D określa siłę przyciągania -między dwoma punktowymi masami- w funkcji odwrotności kwadratu odległości między nimi.
F[g} = c/r^2 , gdzie c = G*m(1)*m(2)
W przestrzeni 2D może też być grawitacja , ale wartość siły jest w funkcji odwrotności odległości między tymi masami
F[g] = c/r
I wreszcie w przestrzeni jednowymiarowej 1D wartość siły przyciągania grawitacyjnego jest stała i nie zależy od wzajemnej odległości mas
F[g] = c
Dowód formalny powyższych stwierdzeń może mieć nawet charakter elementarny, tylko trzeba wprowadzić pojęcie strumienia wektora pola.
Można także pokazać na innych przykładach bardzo fundamentalnych kwestii, ogólną zależność struktury fizyki i charakteru jej praw od wymiarów przestrzeni, w której ta fizyka ma działać.
Dzisiaj ta tematyka została tak wzbogacona w historii rozwoju fizyki strun ,że w wielowymiarowych przestrzeniach właściwie mamy do czynienia z “krajobrazem” dziesiątków lub setek teorii fizycznych i nikt nie ma wrażenia , że obcuje z fizyką ,lecz ze - science fiction.
Pojawiają się jednak prace , które nie epatują jakimś egzotycznymi modelami matematycznymi i nie szokują pojęciami dzikich obiektów matematycznych, lecz przedstawiają hipotezy łącznie z projektami ich empirycznej, lub obserwacyjnej weryfikacji.
Do takich prac zaliczam hipotezę Dejana Stojkowica oraz Jonasa Mureiki [2].Pierwszy jest profesorem fizyki w SUNY [State University New York] w Buffalo, a drugi na wydziale fizyki Loyola Marymount University w Los Angeles.
Hipoteza brzmi:
Liczba wymiarów przestrzeni, zależy od wielkości tej przestrzeni.
We wszechświecie małym – wymiarów przestrzeni jest mniej, we wszechświecie dużym - wymiarów przestrzeni jest więcej.
Hipoteza , jakich zatrzęsienie w fizyce współczesnej. Jej wartość badawcza wyjdzie na jaw , jeśli doświadczalnie i obserwacyjnie zostanie zweryfikowana.
A jak ją zweryfikować? Przecież rozmiar wszechświata od nas nie zależy [ na razie przynajmniej].
Mamy jednak paradygmat współczesnej kosmologii , a właściwie dwa paradygmaty, zespolone ze sobą.
Paradygmat o akronimie “Big Bang” :
wszechświat powstał w akcie eksplozji “pra-atomu” ok.13 miliardów lat temu.
Tym samym ,dawniej wszechświat miał małe rozmiary , miał więc mniej wymiarową przestrzeń.
Big-Bang zaczął się od braku przestrzeni , czyli wymiaru nie było 0D,następnie była faza 1D ,później faza przestrzeni 2D, a dzisiaj jest przestrzeń 3D.
Cofając się więc w czasie ,wracamy do przestrzeni 2D , 1D. A cofnąć się można na dwa sposoby:
- obserwując zjawiska i procesy bardzo daleko położone od nas np. 10-11-12 miliardów lat światła
lub
- stosując energię oddziaływań, jaka była w okolicach Big Bangu czyli pracując w obszarze fizyki wysokich energii, to jest w takich fabrykach cząstek elementarnych jak. np. LHC lub FERMILAB.
Okazuje się , że istnieje ścisły związek między energią potrzebną do penetracji mikro-przestrzeni, a rozmiarami tej mikro-przestrzeni.Jonizacja atomu wymaga energii rzędu 10eV,a rozbicie jądra atomu – rzędu 10 MeV,natomiast przemiany cząstek elementarnych i penetracja ich struktury wewnętrznej wymagają energi rzędu 1-100 GeV, lub nawet 1 TeV.
Istnieje także paradygmat eschatologiczny, który pozwoli nam sprawdzić hipotezę Mureiki-Stojkowica :
Wszechświat rozszerza się z coraz to większym przyspieszeniem , w związku z czym liczba wymiarów przestrzeni będzie się zwiększała do 4D, 5D,6D,...
Mureika i Stojkovic twierdzą , iż istnieje dowód kosmologiczny prawdziwości ich hipotezy.
Okazuje się mianowicie , że najbardziej energetyczne promieniowanie kosmiczne [ gamma i protony ] o energiach rzędu 1 TeV nadbiegające do nas od aktywnych jąder galaktyk ma rozkład płaski, leży w jednej płaszczyźnie.
Zdjęcie jądra galaktyki NGC 4038 przedstawia proces rodzenia sie gwiazd 1 miliard lat po Big Bangu.Zdjęcie uzyskane z najsilniejszego na świecie systemu radioteleskopów ALMA w Chile [ESA partner ALMY]
Co oznacza , że 10 miliardów lat temu rozmiary wszechświata [i energia oddziaływań cząstek materii] były takie ,że przestrzeń miała tylko dwa wymiary.
Fragment systemu ALMA,19 anten [z planowanych 66 ] na płaskowzgórzu Chajnantor , na wysokości 5000m n.pm.
Zgodnie ze swoją hipotezy ci dwaj fizycy zaprojektowali eksperyment dla LHC ,polegający na zbadaniu rozkładu przestrzennego produktów zderzeń cząstek elementarnych przy energii 5-10 TeV.
W ich mniemaniu,wszystkie produkty rozpadów będą leżały - w ustalonej teoretycznie- płaszczyźnie 2D.
Mureika i Stojkovic wielkie nadzieje wiążą także z projektem LISA badania kosmicznych fal grawitacyjnych.
Ich zdaniem powinna istnieć granica czasowa pojawiania się fal grawitacyjnych , napływających od coraz dalej położonych galaktyk i gromad galaktyk.
Od obiektów położonych w odległości ok. 12 miliardów lat światła, nie powinniśmy w ogóle otrzymać zaburzenia falowego pola grawitacyjnego.W tamtej epoce, przestrzeń miała dwa wymiary , a w takiej przestrzeni nie mogą powstawać fale grawitacyjne.
Badania Mureiki i Stojkovica są świetnym przykładem prawidłowej metodologii fizyki.
Ci dwa fizycy, po stworzeniu głównej hipotezy , natychmiast stosują ją do wyjaśnienia znanych faktów empirycznych , oraz do przewidywania nowych faktów i zaprojektowania odpowiedniego eksperymentu weryfikującego.
Gdyby taką metodologię badania, przestrzegali i uprawiali salonowi “obalacze” fizyki, zamiast swoistej gonitwy myśli rodzących wciąż nowe hipotezy ,bez liku i tołku...
W tej gonitwie celuje zwłaszcza jeden bloger, który każdy odcinek swojego bloga poświęca wymyślonej przez siebie hipotezie.
Jego zdaniem cała fizyka to stek bzdur, wobec tego tworzy nową fizykę : grawitacji, światła, magnetyzmu, energii jądrowej...itd.w postaci absurdalnych hipotez , których do niczego nie stosuje.
Ani nie wyjaśnia znanych zjawisk, ani nie przewiduje nowych zjawisk, ani nie stara się się utrzymać jakiegokolwiek związku z logicznością myślenia.
Prawdziwa sztuka dla sztuki.
Żadnego pożytku z tych jego wpisów , toteż dyskutujący zawsze wymyślają własny temat , zostawiając główny wątek zawieszony w powietrzu. Bloger ten przeżywa złudzenie uczestnictwa w rozwoju i postępie fizyki.
Gdyby prześledził sposób postepowania Mureiki i Stojkovica i przyswoił go sobie, to możliwe , że doświadczył by autentycznego badania przyrody.
Literatura
[1] G E Gorelik , Ehrenfest and the problem of the dimension of physical space , in Investigations in the history of mechanics, 'Nauka”.Moscow, 1983
[2] J.Mureika,D.Stojkovi,Detecting Vanishing Dimensions Via Primordial Gravitational Wave Astronomy
, arXiv: 1102.3434
[3] D.Stojkovic and all, Searching for the Layered Structure of Space at the LHC,
arXiv: 1012.1870
[4] .Mureika,D,Stojkovic,Reply to the "Comment on: Detecting Vanishing Dimensions Via Primordial Gravitational Wave Astronomy"
arXiv: 1109.3506
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie