Japanische Wissenschaftler denken, dass sie möglicherweise eine Erklärung dafür, wie ein dreidimensionales Universum entstand aus dem ursprünglichen neun Dimensionen des Raumes haben. Sie beschreiben ihren neuen Supercomputer Berechnungen simulieren die Geburt unseres Universums in einer der nächsten Papier in Physical Review Letters

The Big Bang Theorie, wie das Universum geboren wurde wurde von ein paar ziemlich überzeugende empirische Beweise, einschließlich der Messung der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung und die relative Häufigkeit der Elemente wurden verstärkt.

Doch während die Kosmologen in der Zeit zurück blicken kann, um innerhalb von wenigen Sekunden des Big Bang, am eigentlichen Moment ist es in die Existenz, als das ganze Universum nur ein winziger Punkt kam - na ja, an diesem Punkt, der Physik wissen wir, und die Liebe bricht zusammen. Wir brauchen eine neue Art von Theorie, eine, die Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik verbindet, einen Sinn in diesem Moment zu machen.

Im Laufe des 20. Jahrhunderts, Physiker mühsam zusammen ein einigermaßen effizient "Standardmodell" der Physik Kopfsteinpflaster. Das Modell sie kam mit fast funktioniert, ohne Rückgriff auf zusätzliche Dimensionen. Es geht Elektromagnetismus mit der starken und schwachen Kernkräfte (fast unglaublich hohe Temperaturen), trotz der Unterschiede in ihren jeweiligen Stärken und bietet eine saubere theoretischen Rahmen für die großen, lauten "Familie" von subatomaren Teilchen.

Aber es gibt ein riesiges Loch. Das Standard-Modell beinhaltet nicht die Gravitationskraft. Deshalb ist Zeus, der Physiker in Jeanette Winterson Roman Gut Symmetrien, ruft das Standard-Modell der "Flying Plane" - es ist "großen, hässlichen, nützlich, was Sie wollen deckt und ignoriert die Schwerkraft." Superstring Theorie zielt darauf ab, dass Loch zu stopfen.

Pulling Strings

Laut String-Theoretiker, es sind die drei Full-Size-räumlichen Dimensionen, die wir jeden Tag erleben, eine Dimension der Zeit, und sechs zusätzlichen Dimensionen bis auf die Planck-Skala, wie klitzekleine Bündel von Papier zerknittert. Wie winzig wie diese Dimensionen sind, Strings - sind sogar noch kleiner - die grundlegende Einheit in der Natur, vibrierende sich an der Planck-Skala.

Einschließlich der Schwerkraft - Alle Materie (und alle Kräfte) sind diese Schwingungen zusammensetzt. Und einer der Wege, auf denen Saiten schwingen kann entspricht einem Teilchen, das vermittelt die Schwerkraft.

Voila! Die Allgemeine Relativitätstheorie ist nun quantisiert. Und das bedeutet, die String-Theorie könnte verwendet werden, um die unendlich kleinen Punkt unseres Universums Geburt (oder, für diese Angelegenheit, die Singularität, die im Zentrum eines Schwarzen Lochs liegt) zu erkunden.

Zerschmetterte Symmetry

Es gibt noch eine Falte, und das ist diese ganze Sache von Extra-Dimensionen, als unsere Welt, wie wir derzeit erleben nur drei hat. Die Physiker haben eine ziemlich überzeugende hypothetischen Szenario, wie könnte dies zustande gekommen gehämmert.

Vor dem Urknall war der Kosmos ein perfekt symmetrisches neundimensionalen Universum (oder zehn, wenn Sie in die Dimension der Zeit hinzu) mit allen vier fundamentalen Kräfte bei unvorstellbar hohen Temperaturen vereinheitlicht. Aber das Universum war sehr instabil und brüchig in zwei, das Versenden einer immensen Druckwelle hallte durch die embryonale Kosmos.

Das Ergebnis war zwei getrennten Raum-Zeiten: die entrollten dreidimensionalen eine, die wir bewohnen, und eine sechs-dimensionalen eine, die so heftig wie unsere erweiterte zusammengezogen, schrumpft zu einem winzigen Planckschen Kugel. Als unser Universum expandiert und abgekühlt wird, teilen Sie die vier Kräfte einer nach dem anderen, beginnend mit der Schwerkraft. Alles, was wir um uns herum sehen heute ist nur ein Splitter des ursprünglichen erschüttert neundimensionalen Universum.

Stellen Sie sich vor Sie versuchen, das Bett auf die Wäsche Tag, aber das Bettlaken ist leicht in der Wäsche geschrumpft. Sie verwalten, um es zu allen vier Ecken des Bettes passen, aber das Blatt ist so eng, dass sie einfach nicht an ihrem Platz bleiben gestreckt.

Es ist zu viel Druck auf das Gewebe, so eine Ecke unvermeidlich erscheint locker, so dass die Laken zu kuscheln in diesem Punkt. Sicher, Sie können diese Ecke wieder Kraft in Position, aber auch hier wird die Belastung nachweisen zu viel werden und eine andere Ecke erscheint.

Wie die Bettlaken, war ursprünglich zehn-dimensionale Struktur der Raum-Zeit-straff in einen supersymmetrischen Zustand. Aber die Spannung war zu groß, und Raum-Zeit in zwei gerissen. Ein Teil zusammengerollt in eine enge, kleine Kugel, während die Nachbeben aus der katastrophalen kosmischen Risse verursacht der andere Teil nach außen rasch expandieren, eine Zeit, da die Inflation bekannt ist. Dies wurde uns sichtbare Universum.

Geburtswehen

Was ist der Mechanismus, mit dem das passiert ist? Für einen Zehn-dimensionalen Universum gibt es Millionen von Möglichkeiten für die Supersymmetrie zu brechen. So ist es etwas Besonderes drei Raumdimensionen, dass diese Konfiguration in unserem eigenen Universum zu bevorzugen Ursachen? Die neuen Simulationen können helfen, warum diese Symmetriebrechung könnten entfaltet haben den Weg zu beleuchten es did.That 's, was die Japaner Simulation zeigt: Das Universum hatte neun räumlichen Dimensionen bei seiner Geburt, aber nur drei von ihnen erlebten Expansion. Es ist das erste praktische Demonstration, wie ein dreidimensionales Universum entsteht aus neun-dimensionalen Raum und bietet eine starke Unterstützung zu Gunsten der Theorie ihre Gültigkeit.

Juni Nishimura (KEK), Asato Tsuchiya (Shizuoka University) und Sang-Woo Kim (Osaka University) löste das Problem mit einer Formulierung der Stringtheorie als IKKT Matrix-Modell (benannt nach dem Wissenschaftler, die im Jahr 1996 entwickelt, Ishibashi bekannt, Kawai, Kitazawa und Tsuchiya). Es ist entworfen, um die komplexen Wechselwirkungen von Strings Modell.

Bei sehr komplizierten technischen Gründen wurde die Verbindung zwischen dem ursprünglichen IKKT Matrix-Modell und der realen Welt, na ja, ein wenig vage, vor allem, weil (a) es schwache Wechselwirkungen annimmt, wenn in der Tat die Wechselwirkungen zwischen Streichern recht stark sind, und (b ) der Variablen der Zeit in den Berechnungen wurde nicht als "real" im mathematischen Sinne behandelt. Diese neuen Simulationen davon aus starken Wechselwirkungen, und behandeln die Zeit als echte variable.

So das Mitnehmen Botschaft ist, dass String-Theoretiker haben jetzt ein nützliches Werkzeug für die Analyse Superstringtheorie die Vorhersagen mit Computersimulationen, die Aufschluss über diese verzwickte Probleme wie Inflation, dunkle Materie, und die beschleunigte Expansion des Universums. Und es erklärt auch, warum unser Universum, wie es funktioniert aussieht.