Umpisolmu
Umpisolmu

Pätkistä muodostuvat ainesilmukat menivät solmuun ja täyttivät koko nuoren universumin heti alkuräjähdyksen jälkeen. 

© Keith Wood/Vanderbilt

Solmut synnyttivät kolmiulotteisen universumin

Fyysikkojoukko on hiljattain muuttanut universumin syntykertomusta. Uudessa teoriassaan tutkijat selittävät, miten aine meni solmuun heti alkuräjähdyksen jälkeen ja loi ne kolme ulottuvuutta, jotka tajutaan.

tiistai 31. heinäkuuta 2018 teksti Rolf Haugaard Nielsen

Niko ja Kati sopivat tapaamisen Manhattanille New Yorkissa. Niko selittää, että ravintola sijaitsee 58th Streetin ja 12th Avenuen risteyksessä 8. kerroksessa. 

Siten Niko on kuvannut tapaamispaikan luvuilla 58, 12 ja 8. Hän olisi kuitenkin voinut yhtä hyvin käyttää leveys- ja pituusastetta sekä korkeutta. Kolmella luvulla voidaan ilmaista mikä tahansa avaruuden piste – maailma on kolmiulotteinen.

Kaikkeuden kolme avaruudellista ulottuvuutta vaikuttavat ilmeisiltä, ja siksi on vain harvoin yritetty tutkia, miksi universumi on järjestynyt niin. 

Ryhmä fyysikoita on kuitenkin kehittänyt uuden teorian, joka selittää ilmiön. Sen mukaan maailmankaikkeus on kolmiulotteinen, koska se on syntynyt räjähtävästä sotkuisten solmujen verkosta.

Kaikkeus menetti ulottuvuuksia

Nykyään fyysikoiden käsitys alkuräjähdyksestä pohjautuu niin sanottuun supersäieteoriaan. 

Se esittää, että kaikki massa ja energia maailmankaikkeudessa koostui heti alkuräjähdyksen jälkeen pienistä, värähtelevistä supersäikeistä, jotka olivat olemassa kymmenessä ulottuvuudessa. 

Sitten universumi kävi läpi ultranopean laajenemisen, jota kutsutaan inflaatioksi. Vasta syntynyt kaikkeus kasvoi sekunnin murto-osassa elektronin kokoisesta jalkapallon kokoiseksi. 

Kun inflaatio oli ohi, jäljellä oli enää vain kolme suurta avaruudellista ulottuvuutta.

Siirtyminen kymmenulotteisuudesta kolmi­ulotteisuuteen laajenemisen aikana on sopusoinnussa fyysikoiden alkuräjähdysmallin kanssa. Mallista puuttuu kuitenkin lainmukaisuus, joka aiheuttaa ilmiön, eikä malli selitä ilmiön esiintymistä.  

Fyysikot etsivät ratkaisua

Vuonna 2012 viisi fyysikkoa Euroopasta ja Amerikasta alkoi pohtia ongelmaa, ja he ovat nyt esittäneet siihen mahdollisen ratkaisun.

Fyysikoiden uusi teoria perustuu vanhoihin teorioihin alkuräjähdyksestä ja matematiikan solmuteoriaan, joka muun muassa olettaa, että matemaattiset solmut voivat olla olemassa vain kolmessa ulottuvuudessa. 

Tutkijat saivat innoitusta fysiikan alkuliemestä, joka syntyi inflaation jälkeen ja oli olemassa mikrosekunnin alkuräjähdyksestä. Alkuliemi sisälsi yhtä monta kvarkkia ja antikvarkkia, jotka liikkuivat ympäriinsä gluoneiksi kutsutuista voimahiukkasista koostuvassa keitossa. 

Nykyisessä laajentuneessa ja jäähtyneessä universumissa gluonit sitovat kvarkit yhteen protoneissa ja neutroneissa ja pitävät tällä tavalla atomiytimiä koossa.

Alkuliemessä kaikki aine oli kuitenkin useiden miljardien asteiden lämpötilassa. Koska äärimmäinen kuumuus esti rakennuspalikoita syntymästä, kvarkit olivat vapaita. 

Sen sijaan syntyi lyhytaikaisia kvarkkien ja antikvarkkien välisiä gluonisidoksia. Kun aine ja antiaine kohtasivat, hiukkaset kumosivat toisensa ja muuttuivat säteilyksi.

Häviämisen aikana kvarkki ja antikvarkki loittonivat toisistaan, joten niitä yhdistävä gluonikuminauha venyi äärimmilleen, kirposi ja muuttui säteilyksi. 

Häviämisessä vapautui uuden gluonikuminauhan yhdistämän kvarkki- ja anti­kvarkkiparin muodostumiseen vaadittu määrä energiaa. Prosessi toistui määrättömässä mesonijoukossa.

Solmut järjestivät maailman

Fyysikkojen uuteen teoriaan ei kuitenkaan sopinut, että alkuliemi syntyi vasta inflaa­tion jälkeen. He kuvasivat siksi samantapaisen aineen, jossa kvarkkien ja antikvarkkien häviäminen tapahtui jo inflaation aikana, kun maailmankaikkeus oli pienempi ja paljon kuumempi kuin alkuliemi. 

Pienessä, tulikuumassa universumissa aine kietoutui itsensä ympäri ja muodosti umpisolmun – aivan kuin kuulokkeiden johdot väistämättä menevät taskussa sotkuun ja solmuun. 

Tieteen Kuvalehden numerosta 13 voit lukea, miten solmut fysiikan uuden teorian mukaan loivat universumin ulottuvuudet. Lue myös, miten teoria ehkä auttaa tutkijoita selvittämään yhden universumin suurimmista arvoituksista. 

Juuri nyt saat kaksi Tieteen Kuvalehden numeroa, tehokkaan kiikarin ja Tähtitaivaan oppaan vain 8,90 eurolla – ja voit itse tehdä löytöretkiä maailmankaikkeuteen.

Lue tästä

Ehkä sinua kiinnostaa...

TILAA TIETEEN KUVALEHDEN UUTISKIRJE

Voit ladata ilmaisen erikoisnumeron, Uskomattomat aivot, heti, kun olet tilannut uutiskirjeen.

Etkö löytänyt, mitä etsit? Tee haku tästä: