Nagy örömömre szolgál, hogy itt lehetek.
Egyszerű, de fogós kérdést teszek föl.
Önök ott ülnek, én itt állok.
Háromdimenziós teret érzékelünk:
hosszúságot, szélességet és magasságot.
Óránk is van, ez újabb dimenzió: az idő.
Négydimenziós világban élünk.
A kérdés egyszerű:
létezhet-e ötödik dimenzió?
Ez az extra dimenzió nem idődimenzió,
hanem – úgy hisszük –, térdimenzió.
De micsoda furcsa kérdés ez?
Lehet-e, hogy a hosszúságon, szélességen és magasságon kívül másfelé is mozogjunk?
Ez a mai előadás fogós kérdése.
Nézzünk először
egy magasabb dimenziójú testtel összefüggő kérdéseket!
Kezdjük ezzel a képpel!
Van egy drótkockánk, amelyet megvilágítunk.
Alul látjuk a drótkocka árnyékát.
De ez nem csupán közönséges árnyék.
Különleges, mert magában foglalja
az egész test tulajdonságait.
Ha megszámoljuk a kocka csúcsait,
a csúcsok száma látható az árnyékon.
Ha megszámoljuk a kocka éleit, látható a pontos számuk;
az árnyéknak külön neve van:
ez a Schlegel-diagram.
Fölmerül a kérdés:
milyen lenne a négydimenziós kocka,
a jól ismert tesszerakt árnyéka?
Ez esetben az árnyék nem síkon jelenne meg,
hanem háromdimenziós térben helyezkedne el.
Az árnyék valami ilyesmi lesz.
Van, aki már látott ilyen képet.
E diagram is tartalmazza a négydimenziós kocka
magasabb dimenziós tulajdonságait.
Megszámolhatjuk a csúcsait, az éleit, a lapjait s í.t.
Ez a kép megragadta az építészek,
képzőművészek s mások képzelőerejét.
Ha legközelebb Párizsban járnak,
vessenek egy pillantást a Grande Arche-ra.
Ez Spreckelsen építész nyertes alkotása
a Mitterrand által meghirdetett
Grande Arche pályázaton.
Ez az ötdimenziós térben lévő test
ötdimenziós ábrázolása.
Ezzel a dologgal szeretnénk foglalkozni
fizikai szempontból.
Ehhez először nézzük
Einstein gravitációs elméletét.
Ha megvizsgáljuk, hogyan hat a gravitáció a fényre,
valami igen sajátságosat tapasztalunk.
Mind úgy nőttünk föl, hogy azt hisszük: a fény egyenes vonalban terjed.
De Einstein rávilágított egy alapvető körülményre:
amikor a fény terjed a térben, a testek gravitációja eltéríti.
Ő számította ki először pontosan
a hajlásszöget.
Einstein 1936-ban írt egy tanulmányt,
amelyet sokan nem ismernek.
Akkor 57 éves volt.
Kimutatta, hogy ha van egy testünk;
esetünkben egy műhold, mi pedig a Földön vagyunk.
Figyeljük meg, hogy amikor a jel a Föld felé terjed,
a Nap gravitációs tere elgörbíti.
Képzeljük el, hogy van egy csillagunk.
Einstein alaposan megvizsgálta az elhajlást, és felfedezte,
hogy a háttérben lévő fényforrás kettős képét fogjuk látni.
Kozmikus délibábot látunk.
Ugyanebben a másfél oldalas tanulmányban
közreadta megfigyelését: ha a fényforrás a látótengelyen van -
itt a fényforrás a látótengelyen van,
itt pedig azon kívül.
Ha tehát nincs a látótengelyen, akkor két képet látunk,
Ha viszont rajta van, akkor nagyon fényesnek látszik.
Olyan fényes, hogy gyűrűnek látszik.
Értelmezzük újra ezt a tanulmányt!
Ez történik.
Egy árnyékmintázat keletkezik
a fényforrás helyén.
A gravitáció fényre gyakorolt hatása
hozza létre az árnyékmintázatot.
Azaz, a világegyetem testjei a kozmosz minden zugában árnyékot vetnek.
Az árnyékok különböznek
a korábban mutatott Schlegel-diagramoktól.
Ezek természetes képződmények a világegyetemben,
és esetünkben itt a háttérben.
Ez itt egy csillag keltette mintázat.
Ha készítünk egy keresztmetszetet, a fényessége így viselkedik:
elér egy csúcsot, aztán csökken.
Hogy néz ki 30 csillag árnyékmintázata?
Ez a kép Einstein gravitációs elméletét leíró egyenletek
teljes elemzéséből adódik.
Ránézésre a kép emlékeztet
a kikötőben lévő hajó melletti víz
csillámló fényeire.
De ezek a világegyetemben keletkeztek.
100 ezer csillag esetén a kép így nézne ki.
Egyre bonyolódik a kép.
Tudjuk, hogy a csillagoknak bolygóik is vannak .
Ha a bolygókat is hozzávesszük,
az árnyékok mikroszerkezet alakját öltik,
és a kép például így festene.
Nem emlékeztet agyunk ideghálózatára?
Az előző előadó az agyról beszélt.
Megdöbbentők a tudományban fölbukkanó alapvető hasonlóságok.
Ez az alapgondolata
a magasabb dimenziók ügyének.
Az alapkérdés
a branevilág-gravitációban rejlik.
E világban hosszúság, szélesség, magasság és idő van,
és van még egy további, amelyet ötödik dimenziónak hívunk.
Az imént látott árnyékmintázat Einstein elméletéből következik,
amely szerint világunk négydimenziós.
A kérdés: mi lesz az árnyékmintázattal
az ötdimenziós világban?
Könnyebb lesz-e megválaszolni, ha tudományosan igazolt,
hogy van extra dimenziónk is, a fizikai tér?
A branevilág-gravitáció lényege a következő.
Az angol brane a membrán rövidítése.
Röviden ismertetem
a Randall–Sundrum-modellt.
A modell azt állítja, hogy világegyetemünk
ötdimenziós világban létezik.
Világegyetemünket ezzel a sík lemezzel ábrázolom.
A sík lemez a négydimenziós egység.
Lehet egy másik brane-ünk, egy, a miénkkel párhuzamos világ.
Ez az irány ábrázolja az ötödik dimenzió irányát.
Ahogy itt állunk vagy ülünk, érzékeljük világegyetemünk fizikai terét.
Ebbe vagyunk bezárva.
Hogyan érzékelhetnénk, hogy van valami rajta kívül is?
Ez itt a kérdés.
A megoldás, hogy nézzük meg,
hogyan hat a gravitáció a fényre.
Ismertetem Charles Keeton csillagász és jómagam kutatását,
amelyben a gravitációs lencsehatást alkalmaztuk,
hogy kiderítsük: megtudhatjuk-e az ötödik dimenzió létezését.
A történet az ősrobbanással kezdődik.
A világmindenség kezdetén a hőmérséklet igen magas volt.
A világmindenség igen sűrű volt,
és a sűrűsége egyenetlen.
A sűrűbb részek összeomlottak, és fekete lyukakat képeztek.
Ebben a környezetben
állandóan mikroszkopikus fekete lyukak keletkeznek.
Pontosabban,
ha az univerzum ötdimenziós,
ötdimenziós branevilág-fajta fekete lyukak keletkeznek.
Ha az univerzum négydimenziós,
szabályos mikroszkopikus fekete lyukak keletkeznek,
amelyekről tudjuk Einstein elméletéből,
hogy ilyenek létrejönnek.
A kérdés: hogyan mutathatjuk ki a kettő közötti különbséget?
A branevilág-fajta fekete lyukak megtalálására a stratégiánk:
keressük meg, milyen jelet, ujjnyomatot hagynak hátra a fényen!
A kérdést úgy közelítettük meg,
hogy alkalmaztunk egy arra vonatkozó igen egyszerű törvényt,
hogyan viselkedtek a testek a világ kezdetétől mostanáig.
Az pedig összefügg a következőkkel.
Tegyük föl, hogy van egy atommag méretű,
de kisbolygó tömegű fekete lyukunk.
Ez egy nagyon súlyos test.
Ha ilyen testek képződtek a korai világegyetemben,
akkor Einstein elmélete szerint
mára már el kellett volna enyészniük.
Azért, mert nagyon forrók,
és bizonyos törvény szerint energiát kell kisugározniuk.
E törvényt pedig Einstein elméletének
négydimenziós tulajdonságai határozzák meg.
Ha viszont a mikroszkopikus fekete lyuk ötdimenziós lenne,
ha a branevilág-elmélet föltételei között keletkezne,
hőmérséklete alacsonyabb volna,
ezért máig nem enyészne el,
ha tömege legfeljebb akkora, mint egy kisbolygóé.
Ezért úgy gondoljuk, hogy a branevilág szempontjából
ilyen testek léteznek.
Most nézzük, hogyan hatnak a fényre!
Az alapgondolat a következő:
tegyük föl, hogy van egy csendes tavacskánk,
amibe kavicsot dobunk.
A víz fodrozódni fog tőle,
és a hullámok jelentik a fő jelzést, ujjnyomatot,
a fekete lyukak kimutatására.
A mintázatban ugyanígy viselkednek
a csillapuló hullámok.
Lesznek hullámhegyek, hullámvölgyek, aztán a végén minden lecsillapul.
A branevilág fekete lyukaival ugyanez történik.
Az ábra a fekete lyuk keltette jelet mutatja, és ahogy a fény kinéz.
Különbözik a csillag keltette jeltől és fénytől;
erről szólt Einstein írása.
Ui. a branevilágban a fekete lyuk mikroszkopikus, de nagy a tömege.
Nagyon erős gravitációs mezeje lehet.
A háttérben lévő mintázatot megnézve
megjósolható a leendő jelzés.
Ilyen lesz.
Így tesz, hullámszerűen.
Ilyen rángásokat látunk.
Ha nincs branevilág-fajta fekete lyuk,
akkor állandó jelet kapunk, amely így süvít keresztül.
Az extra dimenzió létezésének kiderítése érdekében
az extra dimenzióból származó testet kerestünk,
nevezetesen: mikroszkopikus branevilág-féle fekete lyukat.
Nyomon tudjuk követni a fényre gyakorolt hatásából.
Ilyen előrejelzés a jelenlegi technikával megvalósítható.
Már Föld körüli pályán kering a Fermi űrtávcső.
Igen nagy energiák mérésére képes:
a 200 MeV-os tartományban.
Pont e tartományban jelezzük előre,
hogy rángásoknak kellene létezniük.
Ebből pedig az következik,
hogy ha bizonyítékot találunk e rángásra,
az alátámasztja az ötdimenziós univerzumra vonatkozó nézetünket.
Gondoljanak bele: valaha azt hittük, hogy kezdve a Földdel,
a világegyetemnek ilyen-olyan tulajdonságai vannak.
Világegyetemünk valaha a Földből és a csillagokból állt,
és azt hittük, hogy a Föld lapos,
majd valaki előjött a fölháborító nézettel, hogy gömbölyű.
Úgy vélem, hogy ma hasonló időket élünk.
Ha találunk bizonyítékot az ötödik dimenzióra,
akkor a valóság értelmezését illetően
paradigmaváltásnak nézünk elébe.
Köszönöm.
(Taps)