I en artikel publicerad i tidskriften Physical Review Letters , Perimeter Institute for Theoretical Physics forskaren Neil Turok skisserar ett ramverk som kallas "tidsberoende kvantmekanik", som postulerar existensen av en andra, dold dimension av tid.
Denna andra tidsdimension, hävdar Turok, skulle kunna ge en konsekvent matematisk ram för att förena de till synes inkompatibla teorierna om kvantmekanik och allmän relativitet, två av de mest grundläggande pelarna i modern fysik.
Kärnan i spänningen mellan kvantmekanik och generell relativitetsteori ligger frågan om hur man ska förena de lagar som styr beteendet hos små partiklar (kvantvärlden) med de som beskriver beteendet hos massiva objekt och deras gravitationsinteraktioner (relativistiskt område).
Kvantmekaniken, utvecklad i början av 1900-talet, beskriver världen på atomär och subatomär nivå, där partiklar kan uppvisa både vågliknande och partikelliknande beteende, och deras interaktioner styrs av sannolikheter.
Allmän relativitetsteori, å andra sidan, formulerad av Albert Einstein i början av 1900-talet, beskriver tyngdkraften som en krökning av rum-tid orsakad av närvaron av massa och energi. Den har varit utomordentligt framgångsrik när det gäller att förklara universums storskaliga struktur och dynamik.
Trots deras anmärkningsvärda framgång inom sina respektive områden har dessa två teorier visat sig vara envist motståndskraftiga mot enande. Kvantmekanik och generell relativitetsteori fungerar med olika matematiska ramar och verkar i grunden oförenliga.
Turoks föreslagna teori, tidsberoende kvantmekanik, utmanar den traditionella uppfattningen att tiden är en endimensionell enhet som går framåt på ett enhetligt sätt. Istället föreslår han att tiden faktiskt är tvådimensionell, med en dimension som vi upplever direkt och en annan som förblir dold.
I detta ramverk skulle den andra dimensionen av tid kunna utgöra en naturlig brygga mellan kvantmekanik och allmän relativitet. Det skulle kunna erbjuda en konsekvent matematisk beskrivning som inkluderar både den probabilistiska naturen hos kvantinteraktioner och gravitationskrafternas deterministiska dynamik.
"Tanken är att om vi tittar på kvantmekanikens ekvationer och ekvationerna för allmän relativitet så innehåller de båda matematiska strukturer som antyder existensen av en dold dimension av tid", förklarade Turok i ett pressmeddelande från Perimeter Institute.
Genom att introducera denna andra dimension av tid syftar Turok till att övervinna några av de konceptuella utmaningar som har hindrat kvantmekanikens förening och allmän relativitet, såsom problemet med våg-partikeldualitet och gravitationssingulariteternas natur (svarta hål).
Om Turoks teori visar sig vara giltig kan det få djupgående konsekvenser för vår förståelse av universum. Det skulle kunna tillhandahålla en enhetlig ram för att beskriva alla fysiska fenomen, från subatomära partiklars beteende till galaxernas dynamik och utvidgningen av kosmos.
Teorin har också potential att kasta ljus över några av de mest förbryllande observationerna inom astrofysik, såsom den accelererande expansionen av universum, naturen hos mörk materia och ursprunget till kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning.
Turok erkänner dock att experimentell verifiering av den andra dimensionen av tid kommer att vara extremt utmanande. Det kan kräva utveckling av ny teknik och experimentella uppställningar som kan undersöka den dolda tidsdimensionen.
Trots dessa utmaningar representerar förslaget om ett tvådimensionellt tidskontinuum ett djärvt försök att förena fysikens lagar och reda ut några av de djupaste mysterierna i vårt universum. Den belyser den pågående strävan efter en heltäckande teori som kan omfatta alla aspekter av den fysiska verkligheten, från de minsta skalorna till kosmos vidsträckta.
