Braanikosmoloogia

Braanikosmoloogia on teooria, mida sageli (kuid mitte ainult) käsitletakse seoses stringiteooriaga ja mis eeldab, et lisaks neljale kosmoloogias tuntud aegruumi dimensioonile eksisteerib üks või mitu täiendavat dimensiooni (lisamõõtmed).

Braanikosmoloogias on neljamõõtmeline aegruum hüpertasand, nn braan (membraan), mis on põimitud kõrgema mõõtmega aegruumi. Tavaline aine on braanil lõksus, mis tähendab, et see ei saa põgeneda lisamõõtme(te)sse. Lisamõõtmed pole seega igapäevaelus märgatavad. Kuid neil on mõju universumi paisumiskäitumisele, mis võimaldab seda probleemi katseliselt testida.

Viienda dimensiooni pakkusid välja juba 1914. aastal Gunnar Nordström ja 1919. aastal Theodor Kaluza (kirjas Albert Einsteinile) ning ka Oskar Klein 1926. aastal (Kaluza-Kleini teooria). Sel viisil soovisid nad saavutada gravitatsiooni ja elektromagnetilise jõu ühendamise.

Täiendavate mõõtmete idee võtsid hiljem kasutusele stringiteoreetikud. Nende pakutud teooriatel on ühine see, et lisamõõtmed on tihendatud ehk "kokku rullitud". Tihendamise raadius on ligikaudu Plancki pikkus. See tähendab, et lisamõõtmed on nii väikesed, et neid ei ole võimalik igapäevaelus ega varasemates katsetes tajuda. Objekt, mis liigub ühesse neist dimensioonidest, jõuab peaaegu kohe tagasi oma alguspunkti.

Alles 1990. aastate lõpus töötati välja mudel (Randalli-Sundrumi mudel; 1999), mis võimaldas lõpmatult suurt või makroskoopiliselt suurt tihendamata lisamõõdet. Selle mudeli eesmärk oli lahendada hierarhiaprobleem, see on leida seletus tõsiasjale, et gravitatsioon on suurusjärkude võrra nõrgem kui teised fundamentaalsed vastastikmõjud. Randalli-Sundrumi mudel esindab esimest braanimudelit.

Viimastel aastatel on välja töötatud suur hulk muid mudeleid, millest mõned erinevad oma mõjude poolest (näiteks universumi paisumisele) oluliselt algsest mudelist. Braanikosmoloogia ei ole seega ühtne teoreetiline struktuur, vaid koosneb paljudest eri mudelitest.

Siiani pole täiendava mõõtme kohta eksperimentaalseid tõendeid leitud. 2010. aasta detsembris CERN-is Suure Hadronite Põrguti katsete analüüs piirab oluliselt ka lõpmata suurte lisamõõtmetega teooriate võimalusi.

Eestis

Aastatel 2002–2005 töötas Eesti Teadusfondi grandi toel Piret Kuuse juhtimisel uurimisrühm teadusprojekti "Stringiteooria, braanikosmoloogia ja aja probleem" raames.

Selle uurimisrühma liige Margus Saal kaitses 2004. aastal doktoritöö "Studies of the pre-Big Bang and braneworld cosmology" ("Uurimusi Suure Paugu eelse Universumi ja braanimaailma kohta"). Samal aastal esitasid Kuusk ja Saal teadusajakirjas General Relativity and Gravitation holograafilise braani gravitatsiooni kosmoloogilise mudeli.