Pytanie, dlaczego przestrzeń ma trzy wymiary (3D) a nie jakąś inną ich liczbę, nurtowało filozofów i naukowców już w starożytnej Grecji. Czasoprzestrzeń ogólnie jest czterowymiarowa lub (3 + 1) - wymiarowa, gdzie mamy trzy wymiary przestrzenne a czwarty stanowi czas.

Termodynamika kluczem do wymiarowości Wszechświata
Dobrze znany jest fakt, że wymiar czasu jest bezpośrednio związany z drugim prawem termodynamiki które stanowi, że czas może płynąć tylko w jednym kierunku (do przodu) ponieważ entropia (poziom, miara nieuporządkowania) nie zmniejsza się w układzie zamkniętym takim jak Wszechświat. W nowym artykule opublikowanym w EPL, naukowcy udowadniają, że druga zasada termodynamiki może również wyjaśniać dlaczego przestrzeń jest trójwymiarowa.
"Wielu badaczy nauk ścisłych jak również filozofów zajmujących się tym tematem tłumaczy taką a nie inną ilość wymiarów, subtelnym wyborem który umożliwia podtrzymanie życia, stabilności, złożoności Wszechświata", mówi współautor pracy Julian Gonzalez-Ayala z Narodowego Instytutu Politechnicznego w Meksuku, Uniwersytetu Salamanki w Hiszpanii.
"Największym osiągnięciem naszej pracy jest to, że przedstawiamy obliczenia bazujące na fizycznym modelu wymiarowości Wszechświata które pasują do stanu jaki obserwujemy, stanowią rozsądny scenariusz powstania czasoprzestrzeni w takiej a nie innej formie." Kontynuuje.
Gęstość energii Helmholtza jako decydujący czynnik
Naukowcy publikujący badania o których mowa, wysnuwają wniosek, że przestrzeń w naszym Wszechświecie istniej w formie 3D z powodu termodynamicznej własności zwanej gęstością energii swobodnej Helmholtza. We wszechświecie wypełnionym promieniowaniem, ta gęstość może być rozumiana jako rodzaj nacisku na całą powierzchnię, która zależy od temperatury Wszechświata i liczby jego wymiarów przestrzennych.

"Zamrożenie" wymiarów we wczesnym Wszechświecie
Naukowcy wykazali, że kiedy Wszechświat zaczął się chłodzić tuż po Wielkim Wybuchu, gęstość Helmholtza osiągnęła pierwszą maksymalną wartość, w momencie kiedy wiek Wszechświata można szacować na ułamek sekundy, przy bardzo wysokiej temperaturze i przy w przybliżeniu trzech wymiarach przestrzennych.
Kluczowym założeniem badań jest, że przestrzeń 3D została "zamrożona" w momencie, gdy gęstość Helmholtza osiągnęła swoją pierwszą maksymalną wartość, niepozwalającą przestrzeni 3D przejść w inną strukturę wymiarową.
"W procesie chłodzenia wczesnego Wszechświata i po osiągnięciu pierwszej krytycznej temperatury, zasada przyrostu entropii w systemach zamkniętych mogła zapobiec dalszej zmianie wymiarowości", wyjaśniają naukowcy.
Przyszłość badań nad wymiarami przestrzeni
Wnioski z badań zakładają, że większa ilość wymiarów mogła występować w pierwszych ułamkach życia Wszechświata, kiedy jego temperatura była wyższa od temperatury krytycznej dla trzech wymiarów. Dodatkowe wymiary są obecne w wielu kosmologicznych modelach, przede wszystkim w teorii strun. Nowe badania być może pomogą wyjaśnić, dlaczego w niektórych z tych modeli, dodatkowe wymiary się zapadły (lub zostały w tym samym rozmiarze, bardzo małym), kiedy przestrzeń 3D rozrosła się do rozmiarów całego obecnie obserwowalnego Wszechświata.
W przyszłości naukowcy planują poprawić swój model o dodatkowe efekty kwantowe które mogły wystąpić w pierwszych ułamkach sekundy po Wielkim Wybuchu, w tak zwanej "Epoce Planka". Ponadto, wyniki bardziej kompletnego modelu prawdopodobnie będą stanowić wartościową wskazówkę dla badaczy pracujących przy innych modelach kosmologicznych np. Kwantowej Grawitacji.
Źródło: phys.org
Oryginalny Artykuł: 10.1209/0295-5075/113/40006
Julian Gonzalez-Ayala, Rubén Cordero and F. Angulo-Brown. "Is the (3 + 1)-d nature of the universe a thermodynamic necessity?"
Kolega wie zapewne, że Wszechświat się rozszerza. Może mi zatem kolega wyjaśnić, w CO rozszerza się trójwymiarowa przestrzeń metryczna? W czwarty wymiar przestrzenny? A może w piąty wymiar czasoprzestrzenny?
OdpowiedzUsuńProblemy z instalacją elektryczną mogą przytrafić się w najmniej oczekiwanym momencie, dlatego warto mieć kontakt do sprawdzonego elektryka. Szybka reakcja, profesjonalne podejście i szeroki zakres usług, od drobnych napraw po kompleksowe instalacje, to klucz do spokojnego użytkowania energii elektrycznej. Więcej informacji o dostępnych usługach można znaleźć na https://anluks.pl/. To niezawodne wsparcie, które warto mieć pod ręką.
OdpowiedzUsuń