(nastavak)
1 | 2 

Multidimenzionalnost

Još od 1920. godine fizičari su pokušali brojne pristupe kako bi ujedinili principijelne prirodne interakcije: gravitaciju, elektromagnetizam, i jake i slabe sile u atomskom jezgru. Na žalost, fizičari su uskoro potom shvatili da opšta relativnost u četvoro-dimenzionalnom prostor - vremenu nema dovoljno matematičkih oslonaca kojima bi mogla podupreti okvire za ostale tri sile. Negde izmedju 1921. i 1927. godine, Teodor Kaluca i Oskar Klajn su razvili prvu obećavajuću teoriju kombinovanja gravitacije i elektromagnetizma. Učinili su to proširujući opštu relativnost na pet dimenzija. Za većinu nas, opšta relativnost je dovoljno misteriozna u običnom 4-D prostor - vremenu. Kakva čuda bismo mogli očekivati u ovom proširenom Univerzumu?

Opšta relativnost u pet dimenzija je pružila teoretičarima pet dopunskih vrednosti za manipulisanje, kako bi zadovoljavajuće definisali gravitaciono polje. Kaluca i Klajn su primetili da četiri od pet extra veličina mogu biti identifikovane pomoću četiri komponente potrebne da bi se definisalo elektromagnetsko polje. U stvari, na iznenadjenje Kaluce i Klajna, ove četiri veličine bile su podređene istom tipu jednačina kao i one iznešene od strane Maksvela u 1800. godinama za elektromagnetsko zračenje. Maksvel je pokazao kako se jedan električni poremećaj, nastao na jednom mestu, prenosi kroz prostor brzinom svetlosti.

Iako je ovo bio obećavajuć početak, pristup se nikada nije pravilno zahuktao i ubrzo je bio odbačen napadima teoretskog rada na kvantnoj teoriji elektromagnetskih sila. Tek nakon rada na teoriji supergravitacije 1975. godine, teorije Kaluce i Klajna počele su ponovo da zavređuju pažnju. Njihovo vreme je konačno došlo.

Šta se teoretičari nadaju da će postići protezanjem opšte relativnosti izvan normalne četiri dimenzije prostor - vremena? Možda proučavanjem opšte relativnosti u višedimenzionalnim formulacijama, možemo objasniti neke od konstanti koje su potrebne da bismo objasnili prirodne sile. Na primer, zašto proton ima 1836 puta vecu masu od elektrona? Zašto postoje svega šest tipova kvarka i leptona? Zašto je neutrino bez mase? Možda bi takva teorija mogla da nam pruži nova pravila za izračunavanje masa fundamentalnih čestica i načine na koje one interaguju jedna sa drugom. Ove višedimenzionalne teorije relativiteta mogu takođe reći nešto u vezi broja i karakteristika misteriozne porodice čestica – Higsovi bozoni – gde je postojanje predviđeno različitim kosmičkim ujedinjenim šemama.

Očekivanja nisu samo pusti snovi fizičara – ona se u stvari razvijaju kao prirodne konsekvence određenih tipova teorija studiranih tokom proteklih nekoliko godina. Još 1979. godine, Džon Tejlor (Kings College London), pronašao je da neki više - dimenzionalni formalizmi mogu dati predviđanja za maximalnu masu Higsovih bozona (76 deo protonske mase). Kako sada tvrde, ujedinjene teorije ne mogu učiniti više do da predvide postojanja ovih čestica – one ne mogu obezbediti specifične detalje u vezi fizičkih karakteristika. Ali, moguće je da će teoretičari biti u mogućnosti da lociraju neke od ovih detalja koristeći razvijene, proširene teorije opšte relativnosti. Experimentalno, znamo za: mion, tau, elektron i njihove asocijativne neutrine. Najneverovatnije predvidjanje ovih proširenih relativističkih šema, drži da je broj leptona koji može da postoji u Univerzumu direktno povezan sa brojem dimenzija našeg prostor-vremena. U 6-D prostor - vremenu, na primer, samo jedan lepton – pretpostavljeno elektron – može postojati. U 10-D prostor - vremenu, četiri leptona mogu postojati – još uvek nedovoljno da se prilagode sa šest koje vidimo. U 12-D svetu možemo nabrojati svih šest poznatih leptona – ali takođe uzimamo u obzir i dva dodatna leptona koja još uvek nisu detektovana. Jasno, postigli bismo mnogo na fundamentalnom nivou ako bismo uspeli izdići broj dimenzija u našim teorijama samo za još malo.

11-D

Koliko dodatnih dimenzija bi trebalo da uzmemo u obzir kako bismo nabrojali elementarne čestice i sile koje danas poznajemo? Očigledno je da trebamo bar jednu dodatnu prostornu dimenziju za svako specifično «punjenje» koje karakteriše kako se svaka sila spreže sa prirodom. Za elektromagnetske sile, potrebna su nam takva dva električna naboja: pozitivni i negativni. Za jake sile koje vežu kvarkove zajedno kako bi formirali- između drugih stvari - protone i neutrone, potrebni su nam «trobojni» naboji – crveni, plavi i zeleni. Na kraju, potrebna su nam dva «slaba» naboja kako bismo izračunali slabe nuklerane sile. Ako dodamo prostornu dimenziju za svaki od ovih naboja, završićemo u najboljem slučaju sa brojem od 11 – dimenzionalnih prostor - vremena. Zamislimo samo – prostor sâm mora imati bar 10 dimenzija kako bi prilagodio sva polja koja danas poznajemo!

Naravno, ove dodatne dimenzije ne moraju biti ni nalik onima koje do sada poznajemo. U kontekstu moderne ujedinjene teorije, ove extradimenzije su, u izvesnom smislu, unutar samih čestica – «privatna tajna», podeljena samo sa česticama i poljima koja na njih utiču! Ove dimenzije nisu fizički vidljive na isti način kao tri prostorne dimenzije koje možemo iskusiti svakog trenutka; one stoje u odnosu na normalne tri dimenzije prostora, veoma slično kao što prostor stoji u odnosu na vreme.

Sa današnjom istinskom renesansom u pronalaženju jedinstvenog u silama i česticama koje sačinjavaju Kosmos, neke metodama drugačijim od ovde predstavljenih, ovi novi pristupi vode nas do iznenađujuće sličnih zaključaka. Čini se da 4-D prostor-vreme jednostavno nije dovoljno kompleksno za fiziku kako bi fuknkcionisala kao što funkcioniše.
Ili možda ovde dolazi sa naše strane - kao posmatrača - do velike greške, da pretpostavljamo zakone, tj. stvaramo nova predviđanja, a da nismo ni zakoračili u oblast porekla fizičkih zakona. Bez da pružimo makar i delimičan odgovor na pitanja o fizikalnim transcedentnostima, čini se da ne samo da nismo u stanju, nego nemamo ni prava suditi o procesima koji se oko nas dešavaju, ako nismo sigurni odakle potiču sami zakoni dejstava koje pokušavamo njima da objasnimo. Šta ako su, na primer, ovi zakoni samo obični trenutni postulati, vezani za sasvim obične i samo trenutne procese i kretanja, i šta ako su vezani za samo jednu od dimenzija koju pretpostavljamo? Ako razmislimo, previše je mogućnosti, ali je isto tako nemoguće dati pravilan uvid u nauku, a da se ne odrede početni uslovi. Dakle, sve što možemo, jeste da pretpostavimo.

Supersimetrija

Znamo da čestice zvane bozoni posreduju između prirodnih sila. Znamo da čestice zvane fermioni jesu pod uticajem ovih sila. Članovi fermion familije znani su kao elektron, mion, neutrino i kvark; bozoni su malo znani gravitoni, fotoni, gluoni i prelazni, među-vektor bozoni. Velike ujedinjene teorije razvijene 1975. godine sada pokazuju ove čestice kao određene «arome» mnogo apstraktnije porodice superčestica – isto kao što je mion samo jedan tip elektrona. Ovo je izraz nove vrste kosmičke simetrije – zvane supersimetrija, zato što je ona sveobuhvatna. Ne samo što ovo uključuje bozone nosioce sile, već takođe uključuje čestice na koje ove sile utiču. Postoje takođe korespondirajuće sile koje pomažu prirodno održivu supersimetriju tokom različitih interakcija. Ona se zove supergravitacija.

Teorija supersimetrije je u stvari skup osam različitih teorija, postavljenih u hijerarhiji jedna u odnosu na drugu poput prečki merdevina. Što je višlja prečka na lestvici, veći je i njen zbir dozvoljenih čestičnih stanja fermiona i bozona. Teorija sa najviše «slobodnog prostora» čini se jeste SO(8) koja podržava 99 različitih vrsta bozona i 64 različite vrste fermiona. SO(8) prevazilazi potčinjenu SO(7), za samo jednu extra dimenziju i jedno dodatno stanje čestica. Obzirom da je SO(8) identično SO(7) u svim svojim osnovnim osobinama, prokomentarisaćemo SO(7) umesto nje. Svakako, znamo za mnogo više od 162 tipa čestica koje SO(7) može prilagoditi, i mnogi od predviđenih tipova nikada nisu bili posmatrani (kao gravitino bez mase). SO(7) zahteva sedam internih dimenzija pored četiri koje poznajemo: vreme i tri «svakodnevne» dimenzije. Ako SO(7) uopste oponaša stvarnost, onda naš Univerzum mora imati bar 11 dimenzija! Nažalost, demonstrirano je od strane V. Nama iz Evropskog Centra za Nuklearna Istraživanja u Ženevi, da teorije supersimetrije za prostor - vreme sa više od 11 dimenzija jesu teoretski nemoguće. SO(7) evidentno ima najveći broj mogućih prostornih dimenzija, ali i dalje nema dovoljno prostora da zadovolji sve poznate vrste čestica.

Nejasno je gde ove varijacione prečice vode. Sasvim moguće nigde. Postoji svakako obiman istorijski presedan za ideje koje su kasnije bile odbačene zato što se ispostavilo da su konceptualni ćorsokaci.
Pa opet, šta ako se ispostavi da su bili ispravni na nekom nivou? Da li je naš Univerzum započeo svoj život kao neka vrsta 11-dimenzionalnog «objekta» koji se kasnije kistalizirao u naš četvoro-dimenzioni prostor?

Iako ove interne dimenzije ne moraju imati mnogo sa našim stvarnim svetom u sadašnje vreme, ovo možda neće uvek biti slučaj. E.Kremer i J.Šerk (I'Ecole Normale Superieure, Paris), pokazali su da isto kao što je Univerzum prolazio kroz fazne promene u svojoj ranoj istoriji kada su se sile prirode počele raspoznavati, možda je prošao i kroz fazu kada se desila značajnija promena. Pretpostavljamo da materija ima neku vrstu četvorodimenzionog prostora (onog koji možemo iskusiti svakoga dana) i nešto nalik na sedam internih dimenzija. Na našu sreću, ovih sedam dimenzija ne nastupaju na pozornici veće 4-D realnosti u kojoj mi živimo. Ako bi to bio slučaj, jednostavna šetnja ulicom mogla bi postati istinska prostorna prepreka, prošarana crvotočinama u prostoru i ko zna čime još!

Alan Čokos i Stiven Detvajler (Yale University), uzeli su u obzir evoluciju Univerzuma koji počinje kao peto-dimenzionalan. Otkrili su da dok se Univerzum razvija u stanje gde se tri od četiri prostorne dimenzije razvijaju kako bi postali naš Svet u velikom, extra četvrta prostorna dimenzija iščezava na veličinu od 10‾ ³¹ centimetara do današnjeg vremena.
Nije tako teško uskladiti se ideji da peta (ili šesta, ili jedanaesta) dimenzija može biti manja od atomskog jezgra – i zaista, verovatno možemo biti srećni što je ovo slučaj.

22.01.2005.

1 | 2 

vrh