Onko ulottuvuuksia sittenkään enempää kuin neljä? Innostus säieteoriasta laimeni, sillä se on tutkijoillekin liian vaikea

Mahdolliset uudet ulottuvuudet liittyvät säieteoriaan, jonka parhaat päivät saattavat olla takanapäin. Tai sitten ei.

säieteoria
Kuva avaruudesta
AOP

Tutkimuksen uudet työkalut, gravitaatioaaltoja pyydystävät Virgo- ja Ligo-observatorioiden mittalaitteet, täydentävät jatkuvasti kuvaamme maailmankaikkeudesta.

Tuore esimerkki niitä hyödyntäneestä tutkimuksesta on julkaistu Journal of Cosmology and Astroparticle Physics -tiedelehdessä. (siirryt toiseen palveluun) Siinä joukko yhdysvaltalaistutkijoita punnitsee teoriaa, jonka mukaan avaruudessa olisi useampia kuin meille kaikille tutut 3+1 ulottuvuutta: pituus, leveys, syvyys sekä aika.

Kaikille nämä eivät kuitenkaan riitä. Muutama vuosikymmen sitten osa fyysikoista intoutui säieteoriasta. Sen mukaan aine koostuu pienistä värähtelevistä säikeistä. Teoria yhdistäisi yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttifysiikan ja näin muodostaisi kauan kaivatun kaiken teorian.

Säieteoriaa pidetään yleisesti hyvin monimutkaisena, eivätkä kaikki jaksa luottaa siihen liittyviin mutkikkaisiin laskelmiin. Asiasta ei tee sen helpompaa, että toimiakseen teoria edellyttäisi 9- tai jopa 11-ulotteista avaruutta. Kadoksissa olevat ulottuvuudet olisivat käpertyneet hyvin pieniksi.

Voiko ylimääräisiä ulottuvuuksia havaita?

Viime vuoden lokakuussa Italiassa sijaitseva Virgo – ja heti perään Ligo Yhdysvalloissa – havaitsivat gravitaatioaaltoja, jotka olivat syntyneet kahden neutronitähden yhdistyessä 130 miljoonan valovuoden päässä. Yhdistyminen synnytti myös näkyvän valon aaltoja, jotka puolestaan havaittiin Nasan Fermi-teleskoopilla.

Näiden molempien mittareiden avulla tutkijat pystyvät nyt etsimään ulottuvuuksien mahdollisesti jättämiä jälkiä avaruudesta.

Oletus on, että jos ulottuvuuksia on runsaasti, pitäisi niihin "vuotaa" gravitaatioaaltoja. Tämä taas heikentäisi aaltoja niiden matkatessa läpi avaruuden. Valon etenemiseen mahdolliset ulottuvuudet eivät vaikuttaisi.

Tätä selvittääkseen tutkijat mittasivat gravitaatioaaltojen ja valon käyttämää aikaa matkalla Maahan. He eivät kuitenkaan nähneet merkkejä gravitaatioaaltojen sellaisesta heikkenemisestä, joka olisi ollut yhdistettävissä toisiin ulottuvuuksiin.

Vaikka lopullista vastausta ylimääräisistä ulottuvuuksista ei saatukaan, katsovat tutkijat osoittaneensa, että suuressa osassa avaruutta maailmankaikkeus pärjää luultavasti samoilla muutamilla ulottuvuuksilla, joihin olemme tottuneet täällä Maassa.

– Yleisen suhteellisuusteorian mukaan painovoima vaikuttaisi kolmessa ulottuvuudessa, ja (tulosten mukaan) sen me pystymme näkemään, sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja Kris Pardo Livescience.comin artikkelissa. (siirryt toiseen palveluun)

Kari Enqvist
Kari EnqvistPauli Boström / Yle

Kari Enqvist: Innostus säieteoriaan haalistunut

Mahdolliset uudet ulottuvuudet ovat tulleet teoreettisen fysiikan keskusteluun juuri säieteorian myötä, vahvistaa kosmologian professori Kari Enqvist Helsingin yliopistolta.

– Säieteoria on teoreettinen idea tai teoreettinen mahdollisuus, mutta minkäänlaista suoraa tai epäsuoraa havaintoevidenssia siitä ei ole olemassa.

Teorialta odotettiin aikoinaan paljon, mutta siitä ei ole ainakaan vielä ollut kvanttifysiikan ja yleisen suhteellisuusteorian yhdistäjäksi.

– Innostus on vähintäänkin muuttunut haaleammaksi.

Enqvist ei ihmettele säieteoriaan kohdistuvia epäilyjä. Esimerkiksi siihen liittyvät laskelmat ovat "hyvin, hyvin mutkikkaita", eikä niitä osata kunnolla tehdäkään, hän lisää.

"Tutkimus ei ole uskon asia"

Enqvist ei silti kiellä, etteikö säieteoriassa olisi ajatusta. Kyseessä on kuitenkin vain yksi malli. Sitä ei tiedetä, mikä on se oikea teoria, jossa näitä ulottuvuuksia on. Tai onko sellaista edes olemassa.

Kyse ei kuitenkaan ole uskon asiasta, Enqvist korostaa. Uskominen koskee sitä, onko tämä lupaava tutkimusreitti vai ei, hän tarkentaa.

– Tällaiseen tutkimukseen liittyy runsaasti ehtoja. Oletetaan sitä ja oletetaan tätä. Jos kirjoitetaan näin, niin saadaan tällainen tulos. Tämä on eräänlaista teoreetikkojen "leikittelyä". Toisaalta se voidaan nähdä eräänlaisena hapuiluna, jolla yritetään rajata vaihtoehtoja.

Säieteoriaa koskevaan tutkimukseen Enqvist kaipaisi kuitenkin uutta oivallusta. Malleja on rakennettu jo vuosikymmeniä ilman läpimurtoa. Ovatkohan kaikki nappulat ihan kohdallaan, hän kysyy.

Kaiken teorian kehittäjälle olisi ilman muuta luvassa fysiikan Nobel-palkinto, mutta säieteoriasta ei ole sellaiseksi. Miltä suunnalta läpimurtoa voisi siis odotella?

– Jos sen tietäisin, niin varaisin jo lippua Tukholmaan päin.

Lue myös:

Tutkijat ovat havainneet kahden neutronitähden törmäyksen – "näimme kuinka kulta syntyi"

Gravitaatioaalloista viimein suora havainto – suurempi läpimurto kuin Higgsin hiukkanen