Knutar födde universum i tre dimensioner

Nils och Greta ska träffas på en restaurang på Manhattan i New York, USA. Nils säger att den ligger på åttonde våningen på hörnet av 58:e gatan och 12:e avenyn. Därmed har han beskrivit mötesplatsen med tre siffror: 58, 12 och 8.

Han hade lika gärna kunnat använda en breddgrad, en längdgrad och en höjdangivelse. Alla punkter i rummet kan bestämmas med tre siffror; världen är tredimensionell.

Universums tre rumsliga dimensioner framstår som helt uppenbara för oss. Därför har forskarna sällan försökt undersöka varför universum är inrättat just så.

Men nu har en grupp fysiker lagt fram en ny teori som förklarar fenomenet. Universum har tre dimensioner för att det är fött ur ett exploderande nätverk av hoptrasslade knutar.

Universum förlorar dimensioner

I dag kommer fysikernas förståelse av stora smällen från den så kallade supersträngteorin. Enligt den utgjordes all massa och energi i universum omedelbart efter stora smällen av små vibrerande supersträngar som existerade i tio rumsliga dimensioner.

Därefter genomgick universum en extremt snabb utvidgning, inflationen, under vilken det nyfödda universum på bråkdelen av en sekund växte från att vara stort som en elektron till att ha en volym som en fotboll.

När inflationen var över hade universum bara tre stora rumsliga dimensioner.

Övergången från tio till tre dimensioner under utvidgningen överensstämmer med fysikernas modell för stora smällen, men modellen innehåller ingen regelbundenhet som ger upphov till fenomenet och förklarar inte heller hur det inträffade

Fysiker jagar förklaring

År 2012 började fem fysiker fundera på detta, och nu har de kommit fram till ett möjligt svar.

Fysikernas nya teori är baserad på traditionella teorier om stora smällen samt matematikens knutteori, enligt vilken matematiska knutar enbart förekommer i tre dimensioner.

Från fysiken inspirerades forskarna av universums ursoppa, som uppstod efter inflationen och som existerade en mikrosekund efter stora smällen. Ursoppan bestod av lika många kvarkar och antikvarkar som flöt runt i en soppa av kraftpartiklar, så kallade gluoner.

I dagens utvidgade och nedkylda universum sammanför gluonerna kvarkarna i protoner och neutroner, och håller på så sätt ihop atomkärnor. I ursoppan var all materia miljardtals grader varm, och i den extrema hettan kunde byggstenarna inte uppstå.

Därför var kvarkarna fria. I stället uppstod flyktiga gluonbindningar mellan kvarkar och antikvarkar. När materia och antimateria möttes utplånade partiklarna varandra och omvandlades till strålning.

Under utplåningen rörde sig kvarken och antikvarken bort från varandra, så att gluonbindningen mellan dem spändes till bristningsgränsen, bröts och omvandlades till strålning.

Denna utplåning frigav tillräckligt med energi för att bilda ett nytt par bestående av en kvark och en antikvark, förenade av en gluonbindning. Processen upprepades med myriader av så kallade mesoner.

Knutar inredde världen

Enligt fysikernas nya teori räckte det dock inte att en ursoppa uppstod först efter inflationen, så i sin teori beskriver de en liknande substans där utplåning av kvarkar och antikvarkar skedde redan före inflationen, då universum var mindre och betydligt varmare än ursoppan.

I det lilla, glödheta universum slog substansen knut på sig själv och bildade en hård knut – precis som när sladdarna till hörlurarna i fickan oundvikligen trasslar ihop sig.