Van-e ötödik dimenzió? | Arlie Petters | TEDxNCSSM

Ezt az előadást egy TEDx rendezvényen rögzítették, amelyet a TED konferenciák formájában, de tőlük függetlenül egy helyi közösség szervezett. Bővebben: http://ted.com/tedx

Miért állíthatjuk, hogy létezik ötödik dimenzió? Ha van, hol helyezkedik el a téridőben? Mi benne a fekete lyukak szerepe? Arlie O. Petters elmagyarázza.

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)