Ами ако всичко, което знаем за реалността, е точно наопаки?

Пространството не е просто сцена, където се разиграва времето, физик от Университета на Аляска твърди, че самото време е фундаменталната тъкан на Вселената – и то се проявява в три измерения, които никога не сме забелязвали. Това радикално преосмисляне на реалността би могло да реши най-големия проблем на физиката: как да се обединят квантовата механика с гравитацията.

Доцент Гюнтер Клетецка (Gunther Kletetschka) от Геофизичния институт на Университета на Аляска, Феърбанкс е разработил математическа рамка, която предполага, че три времеви измерения формират „първичната тъкан на всичко, като платно на картина“. Пространството, според него, става вторично – „по-скоро като боята върху платното, отколкото самото платно“.

Това е дълбока инверсия на начина, по който разбираме съществуването. В продължение на повече от век физиката третира пространство-времето като единна цялост, където едно измерение на времето се свързва с три измерения на пространството. Теорията на Клетецка обръща този сценарий наопаки.

Разходка по скритите пътеки на времето

Схващането на триизмерното време изисква да изоставим ежедневното си преживяване да линейно да се движим стабилно напред от момент на момент. Представете си, че вървите по права пътека – това е нормалното време, каквото го познаваме. Но сега си представете втора пътека, пресичаща първата странично.

Ако можехте да стъпите на тази перпендикулярна пътека, докато оставате в същия момент, може би ще откриете малко по-различна версия на същия ден. Движението по тази втора времева ос би ви позволило да изследвате алтернативни резултати, без да се връщате назад или напред в познатото време. Съществуването на тези различни възможности представлява второто измерение на времето, докато способността за преход между тях представлява третото.

Това не е научнофантастична спекулация. Математическата рамка на Клетецка дава изумително точни прогнози за масите на частиците и фундаменталните константи. Неговата теория изчислява масата на топ кварка като 173.21 ± 0.51 GeV – забележително близо до измерените 173.2 ± 0.9 GeV. Прогнозата за масата на електрона съвпада с експерименталните стойности до девет знака след десетичната запетая.

Мистерията на поколението е разгадана

Може би най-убедителното е, че рамката естествено обяснява една от най-дълбоките загадки на физиката на елементарните частици: защо материята съществува точно в три поколения. Електроните, мюоните и тау-частиците образуват семейство със специфични масови съотношения, които отдавна изглеждат произволни. Същият модел се наблюдава и при кварките.

Стандартният модел включва всички известни елементарни частици - частици, които не могат да бъдат делени на съставни части. Чaстиците са или фермиони  - частици материя, или бозони - частици, които пренасят взаимодействията. Частиците материя включват 6 кварки и 6 лептони. Шестте кварките се наричат ​​горен кварк, долен кварк, чаровен кварк, странен кварк, върховен кварк, дънен кварк. Кварките обикновено не съществуват като единични, самостоятелни частици, а образуват по-тежки частици като протони и неутрони. Лептоните включват електроните и техните братовчеди - мюони и тау частици и трите вида неутрино. Кредит: Wikimedia Commons

В триизмерното време на Клетецка тези поколения възникват от самата темпорална структура чрез уравнения за собствени стойности. Теорията предсказва съотношения на масите от 1:4.5:21.0 в различните семейства частици – зависимости, които неизбежно произтичат от математиката, а не са вмъкнати като предположения. (вж „Защо има три почти идентични копия на всяка частица материя?")

Рамката отива по-далеч, предсказвайки масите на неутрино с безпрецедентна прецизност:

•     ν₃: 0.058 ± 0.004 eV (най-тежко неутрино)
•     ν₂: 0.0086 ± 0.0003 eV (средно неутрино)
•     ν₁: 0.0023 ± 0.0002 eV (най-лекото неутрино)
•     Нови резонанси на частиците при 2.3 ± 0.4 TeV и 4.1 ± 0.6 TeV

Гравитацията среща квантовата механика

Най-амбициозното твърдение на теорията е свързано с решаването на най-голямото предизвикателство пред физиката: обединяването на квантовата механика с гравитацията. Настоящите теории, описващи квантовото поведение и гравитационните ефекти, са фундаментално несъвместими, оставяйки физиците без пълно разбиране за природата.

Подходът на Клетецка постига нещо, което е убягвало на безброй брилянтни умове – той произвежда крайни корекции на квантовата гравитация без безкрайностите, които тормозят други теории. Трите времеви измерения осигуряват естествена регуларизация, елиминирайки математическите катастрофи, които обикновено възникват, когато квантовата механика се среща с гравитацията.

Рамката предвижда специфични гравитационни вълнови сигнали, които бъдещите детектори биха могли да наблюдават. Гравитационните вълни би трябвало да се разпространяват със скорости, различни от светлинните с точно Δv/c = (1.5 ± 0.3) × 10⁻¹⁵, като същевременно би трябвало да се появят допълнителни поляризационни режими с характерни амплитуди.

Проверка на истинската природа на времето

За разлика от много теоретични физични предложения, които остават завинаги извън експерименталния обхват, тази рамка прави конкретни прогнози проверими в рамките на десетилетието. Големият адронен колайдер с висока светимост (HL-LHC) би трябвало да открие предсказаните нови частици до 2030 г., докато наблюденията на гравитационните вълни с помощта на Advanced LIGO+ биха могли да потвърдят модифицираните сигнатури на разпространението на вълните.

HL-LHC (High-Luminosity LHC) или „Големият адронен колайдер с висока светимост“ е проект за модернизация на Големия адронен колайдер (LHC) на по-висока светимост (количеството енергия, което излъчва дадено тяло за единица време), в пик до 2×1035см−2с−1. Работа в този режим ще започне не по-рано от 2026 г.

Космологичните изследвания ще проверят предсказанията на теорията за еволюцията на тъмната енергия като функция на червеното отместване, z, която би трябвало да следва специфичния модел w(z) = -1 + (0.05 ± 0.01)(1+z)³. Космическата мисия „Евклид“ и обсерваторията „Вера Рубин“ ще изследват тези ефекти, започвайки от 2027 г.

Може би най-интригуващото е, че рамката обяснява нарушаването на четността на слабото взаимодействие чрез чиста геометрия. Загадъчното предпочитание към левоориентираните частици в слабите ядрени сили произтича естествено от триизмерната времева структура, без да се изискват допълнителни предположения.
Да направи проверката те възложили на своята колежка Чъън Шъун У (Chien Shiung Wu), наричана мадам У една от малкото жени във физиката по онова време. Волфганг Паули предварително изразил мнение, че опитът на У ще се провали. Той казал:

„Аз не вярвам, че Бог е слабак и левак, и се обзалагам за доста пари, че този експеримент ще даде симетрични резултати."
Но излиза, че когато физиците започнат да викат Господ за пример - губят. Помните ли Айнщайновото „Бог не играе на зарове“? Не знам дали Паули си е платил, но опитът на У е успешен: разпадът на атомното ядро на радиоактивния елемент кобалт-60 разкрил, че този процес не се подчинява на принципите на огледалната симетрия - електроните, които напускат кобалтовото ядро, имат предпочитание към една определена посока пред всички други. Ядрото на кобалта има спин (нещо като въртене около оста - подробно и по-точно в тук), което прави възможно да се определи посока „горе“ и „долу“. За обикновената въртяща се топка има симетрия за горе и долу, но експериментът показал, че електроните предпочитат да летят надолу по някаква причина. 

Кълбото вляво представлява голям брой кобалтови ядра, всички с еднакъв спин и всички излъчващи бета-лъчи. От дясно е огледалният образ на същия процес. Посоката на спина е обърната, а посоката, в която се отделят най-много бета-лъчи, остава непроменена. Огледалният свят се различава от реалния свят. Р-четността се нарушава. Пространствената инверсия (отражението) променя света така, че той не е идентичен с реалния свят. Схема  physics.nist.gov

Пренаписване на правилата на реалността

Ако бъде потвърдена, тази теория би пренаписала коренно нашето разбиране за съществуването. Вместо времето да е нещо, което се случва в пространството, пространството се превръща в нещо, което произтича от по-дълбоката структура на времето. Масата, енергията и силите между частиците биха били проявления на темпоралната геометрия.

„Пътят към обединението може да изисква фундаментално преосмисляне на самата природа на физическата реалност“, отбелязва Клетецка.

Неговата математическа рамка демонстрира как разглеждането на времето като триизмерно естествено решава множество физични загадки чрез една единствена кохерентна структура.

Публикацията на теорията в Reports in Advances of Physical Sciences представлява повече от академично упражнение. Ако предсказаните частици се появят в експерименти с колайдер и гравитационните вълни покажат очакваните модификации, може да се наложи да се откажем от най-основните си предположения за времето, пространството и самата реалност.

Понякога най-важните открития идват не от добавянето на сложност към нашите теории, а от осъзнаването, че сме гледали на фундаменталната структура на съществуването от напълно погрешна гледна точка. Времето може да не е реката, по която сме си мислили, че се носим – може да е целият океан, в който плува реалността.

Справка: Three-Dimensional Time: A Mathematical Framework for Fundamental Physics; Gunther Kletetschka
Reports in Advances of Physical SciencesVol. 09, 2550004 (2025); https://doi.org/10.1142/S2424942425500045 

Източник: Time Is The Fundamental Fabric of the Universe, Study Suggests, University of Alaska