Adakah alam semesta awal hanya mempunyai satu dimensi ruang? Itulah konsep membingungkan yang menjadi inti dari teori yang dikemukakan oleh ahli fizik Dejan Stojkovic dari University di Buffalo dan rakan-rakannya pada tahun 2010. Mereka mencadangkan bahawa alam semesta awal - yang meletup dari satu titik dan sangat, sangat kecil pada mulanya - adalah satu dimensi (seperti garis lurus) sebelum berkembang merangkumi dua dimensi (seperti satah) dan kemudian tiga (seperti dunia di mana kita hidup hari ini).
Teorinya, jika berlaku, akan mengatasi masalah penting dalam fizik zarah.
Sekarang, dalam makalah baru dalam Physical Review Letters, Stojkovic dan ahli fizik Loyola Marymount University, Jonas Mureika menggambarkan satu ujian yang dapat membuktikan atau menyangkal hipotesis "dimensi yang hilang".
Kerana memerlukan waktu untuk cahaya dan gelombang lain bergerak ke Bumi, teleskop yang mengintip ke luar angkasa pada dasarnya dapat melihat kembali masa ketika mereka menyelidiki jangkauan luar alam semesta.
Gelombang graviti tidak boleh wujud dalam ruang satu atau dua dimensi. Oleh itu, Stojkovic dan Mureika beralasan bahawa Antena Ruang Interferometer Laser (LISA), sebuah balai cerap graviti antarabangsa yang dirancang, tidak boleh mengesan gelombang graviti yang berasal dari zaman dimensi bawah alam semesta awal.
Stojkovic, seorang penolong profesor fizik, mengatakan teori dimensi yang berkembang mewakili pergeseran radikal dari cara kita berfikir tentang kosmos - tentang bagaimana alam semesta kita wujud.
Idea utamanya adalah bahawa dimensi ruang bergantung pada ukuran ruang yang kita amati, dengan ruang yang lebih kecil dikaitkan dengan dimensi yang lebih sedikit. Itu bermaksud bahawa dimensi keempat akan terbuka - jika belum - semesta terus berkembang.
Teori ini juga menunjukkan bahawa ruang mempunyai dimensi yang lebih sedikit pada tenaga yang sangat tinggi dari jenis yang berkaitan dengan alam semesta awal, pasca-ledakan besar.
Sekiranya Stojkovic dan rakan-rakannya betul, mereka akan membantu mengatasi masalah mendasar dengan model standard fizik zarah, termasuk yang berikut:
Ketidaksesuaian antara mekanik kuantum dan relativiti am. Mekanika kuantum dan relativiti am adalah kerangka matematik yang menggambarkan fizik alam semesta. Mekanika kuantum pandai menggambarkan alam semesta pada skala yang sangat kecil, sementara relativiti pandai menggambarkan alam semesta pada skala besar. Pada masa ini, kedua-dua teori tersebut dianggap tidak sesuai; tetapi jika alam semesta, pada tahap terkecilnya, mempunyai dimensi yang lebih sedikit, perbezaan matematik antara kedua kerangka tersebut akan hilang.
Ahli fizik telah memperhatikan bahawa pengembangan alam semesta semakin cepat, dan mereka tidak tahu mengapa. Penambahan dimensi baru ketika alam semesta tumbuh akan menjelaskan pecutan ini. (Stojkovic mengatakan dimensi keempat mungkin sudah terbuka pada skala kosmologi.)
Model standard fizik zarah meramalkan kewujudan zarah asas yang belum ditemui yang disebut boson Higgs. Untuk persamaan dalam model standard untuk menggambarkan secara tepat fizik yang diperhatikan di dunia nyata, bagaimanapun, penyelidik mesti secara artifisial menyesuaikan jisim boson Higgs untuk interaksi antara zarah-zarah yang berlaku pada tenaga tinggi. Sekiranya ruang mempunyai dimensi yang lebih sedikit pada tenaga tinggi, maka keperluan untuk "penalaan" semacam ini akan hilang.
"Apa yang kami cadangkan di sini adalah perubahan paradigma," kata Stojkovic. "Ahli fizik telah berjuang dengan masalah yang sama selama 10, 20, 30 tahun, dan pengembangan idea-idea yang ada tidak mungkin dapat menyelesaikannya."
"Kita harus mempertimbangkan kemungkinan ada sesuatu yang salah secara sistematik dengan idea kita," lanjutnya. "Kami memerlukan sesuatu yang radikal dan baru, dan ini adalah sesuatu yang radikal dan baru."
Kerana penggunaan LISA yang dirancang masih bertahun-tahun, mungkin masih lama sebelum Stojkovic dan rakan-rakannya dapat menguji idea mereka dengan cara ini.
Walau bagaimanapun, beberapa bukti eksperimen telah menunjukkan kemungkinan adanya ruang dimensi bawah.
Secara khusus, saintis telah memerhatikan bahawa aliran tenaga utama zarah sinar kosmik dengan tenaga melebihi 1 volt teraelectron - jenis tenaga tinggi yang berkaitan dengan alam semesta yang sangat awal - diselaraskan di sepanjang satah dua dimensi.
Sekiranya tenaga tinggi sesuai dengan ruang dimensi yang lebih rendah, seperti yang dicadangkan oleh teori "dimensi lenyap", para penyelidik yang bekerja dengan pemecut zarah Hadron Collider Besar di Eropah harus melihat hamburan planar pada tenaga tersebut.
Stojkovic mengatakan bahawa pengamatan peristiwa seperti itu akan menjadi "ujian yang sangat menarik dan bebas dari idea-idea kami yang dicadangkan."
Sumber: EurekAlert, Huruf Kajian Fizikal.
