Knuter fødte universet i tre dimensjoner

Åsmund og Mari skal møtes på en restaurant på Manhattan i New York, USA. Mari forklarer at restauranten ligger på hjørnet av 58. gate og 12. aveny, i 8. etasje.

Dermed har hun beskrevet møtestedet med tre tall – 58, 12 og 8 – men hun kunne like godt ha brukt breddegrad, lengdegrad og høyde. Tre tall er nok til å beskrive posisjonen til alle punkter – verden er med andre ord tredimensjonal.

Universets tre romlige dimensjoner virker naturlige for oss, og derfor har det foreløpig ikke blitt forsket så mye på hvorfor universet er innrettet slik.

Men nå har en gruppe fysikere utviklet en ny teorisom forklarer fenomenet: Universet har tre dimensjoner fordi det er født av et eksploderende nettverk av sammenfiltrede knuter.

Universet mister dimensjoner

I dag stammer fysikernes forståelse av big bang fra den såkalte superstrengteorien. Den sier at all masse og energi i universet like etter big bang besto av små, vibrerende superstrenger som eksisterte i ti romlige dimensjoner.

Deretter gjennomgikk universet en ultrarask utvidelse som kalles inflasjonen, der det nyfødte universet på et øyeblikk vokste fra å være på størrelse med et elektron til å ha volum som en fotball.

Da inflasjonen var overstått, hadde universet bare tre store romlige dimensjoner.

Overgangen fra ti- til tredimensjonalt under utvidelsen passer med fysikernes modell for big bang, men modellen inneholder ingen lovmessighet som utløser fenomenet, og forklarer ikke hvordan det skjedde.

Fysikere jakter på forklaring

I 2012 begynte fem fysikere fra Europa og USA å gruble over spørsmålet, og de har nå kommet fram til et mulig svar.

Fysikernes nye teori er basert på tradisjonelle teorier om big bang kombinert med matematikkens knuteteori, som blant annet fastslår at ikke-trivielle knuter bare kan eksistere i tre dimensjoner.

Fra fysikken hentet forskerne inspirasjon i universets ursuppe, som oppsto etter inflasjonen og eksisterte et mikrosekund etter big bang. Ursuppen besto av et likt antall kvarker og antikvarker, som fløt rundt i en suppe av kraftpartikler som kalles gluoner.

I dagens utvidede og avkjølte univers binder gluoner kvarkene sammen i protoner og nøytroner og holder på den måten atomkjernene sammen.

Men i ursuppen holdt all materie en temperatur på flere milliarder grader, og i den ekstreme varmen var kvarkene frie. I stedet oppsto flyktige gluonbindinger mellom kvarker og antikvarker.

Når materie og antimaterie møttes, tilintetgjorde partiklene hverandre og ble gjort om til stråling. Under utslettelsen beveget kvarken og antikvarken seg vekk fra hverandre, slik at gluonstrikken mellom dem ble spent til bristepunktet, røk og ble til stråling.

Hele tilintetgjørelsen ga fra seg nok energi til å danne et nytt par av en kvark og en antikvark forbundet av en gluonstrikk. Prosessen gjentok seg med utallige mesoner.

Knuter ordnet verden

I fysikernes nye teori var det imidlertid ikke nok at en ursuppe først oppsto etter inflasjonen.

Derfor beskriver de en lignende substans, der utslettelse av kvarker og antikvarker skjedde allerede før inflasjonen, da universet var mindre og mye varmere enn i ursuppen.

I det lille, glovarme universet slo materien knuter på seg selv – akkurat som når ledningen på høretelefonene i lommen filtrer seg sammen.