Більше ста років тому один новатор змінив наше розуміння простору і часу. Він сказав, що вони переплетені в тканині, що пронизує космос, складаючись з трьох вимірів простору і одного виміру часу.
Цей відомий візіонер — Герман Мінковський, вчитель математики Альберта Ейнштейна.
Але чому у Всесвіті три просторові виміри і один часовий? Нова математична теорія пропонує несподіване пояснення: все це завдяки невидимим будівельним блокам, які формують космос.
У попередньому дослідженні, яке ще не пройшло рецензування, група фізиків з Університету Белграда в Сербії змоделювала різні космічні геометрії з віртуальних чотиривимірних трикутників, щоб перевірити, чи можуть вони дати змогу нашій звичній комбінації трьох вимірів простору і одного часу.
Відповідь — так, абсолютно. Вчені використовували іграшкову модель квантової гравітації, щоб дослідити деякі складні космічні механіки без ускладнень реального Всесвіту, таких як закони фізики.
Ця структура моделювала те, що можна вважати надзвичайно мініатюрним Всесвітом, зменшуючись з чотирьох до нуля вимірів, як ієрархічний будинок з карт.
Вона починалася з чотиривимірних 4-симплексів, які складаються з тривимірних тетраедрів, які складаються з двовимірних трикутників, які складаються з одновимірних ребер, що з'єднуються в нульовимірних вершинах.
Дослідники потім випадковим чином змінили довжини ребер цих частин, встановивши мінімум на рівні довжини Планка, що становить 10-35 метра.
Верхня межа цього масштабу — це точка, в якій Всесвіт перестає поводитися як гладкий континуум і починає діяти як зазубрений пазл. Спостереження з Великого адронного колайдера та мережі гравітаційних хвиль LIGO-Virgo допомагають встановити діапазон розмірів: від розміру всього Всесвіту, близько 1026 метрів, до масштабу 10-20 метрів.
Отже, будь-яка зазубреність з'явиться лише на масштабі, значно нижчому за розмір атома, що навіть не близько до видимого.
Дослідники також розглянули три різні топології, або космічні ландшафти, що складаються з приблизно 100 000 симплексів у трьох конфігураціях.
По-перше, чотиривимірна куля з межами.
По-друге, чотиривимірна сфера без меж, оскільки вона замкнена сама на собі.
І, по-третє, роз'єднаний набір чотиривимірних симплексів, як 100 000 розкиданих частин пазла, використаних як контроль.
Нарешті, дослідники розглядали всі ребра частин як просторові — подібно до фізичних відстаней, представлених дійсними числами — або як часові — подібно до часових інтервалів, представлених уявними числами, або комбінацію обох.
Отже, чи виник чотиривимірний 'Всесвіт'? Дивно, але так. Коли ви кидаєте купу випадкових частин пазла в міксер, позбавляєте складних космічних динамік і сил, і дозволяєте їм геометрично зібратися, до 85 відсотків часу вони організовуються в простір-час з трьома просторовими вимірами і одним часовим виміром.
Дослідження доступне як попередній варіант на arXiv і ще не пройшло рецензування.
Цікавий факт
Дослідження про структуру Всесвіту може допомогти зрозуміти, як виникають чорні діри та інші космічні явища.
