SEATTLE – kosmos ville give perfekt mening … hvis det viser sig, at vi lever i et 10 – eller 11-dimensionelt rige, hvor tyngdekraften bobler helt ud af et andet plan. I det mindste er det, der fremstår som det hotteste koncept på fysikens grænse.
selvom disse lyder som næsten ikke-verificerbare påstande, forsøger fysikere at komme med måder at indsamle beviser for at sikkerhedskopiere eller afvise de ekstradimensionelle teorier, der i øjeblikket er i mode. Men det vil tage flere år at få det bevis, hvis det overhovedet kan fås.,
påstanden om, at kosmos har mere end de fire dimensioner, vi kan opfatte — det vil sige tre rumlige dimensioner plus tid — er eksotisk nok. Men søgen efter at bevise denne påstand bringer i en virtuel menagerie af mysterier: mini-sorte huller og mørkt stof, gravitationsbølger og kosmisk inflation, super-høj-energi partikelkollisioner og ultra-kraftige gamma-ray bursts.,
Selv fysikerne bag dagens mest omtalte extradimensional teori, Harvard University ‘s Lisa Randall og Johns Hopkins University’ s Raman Sundrum, er endnu ikke helt sikker på, om de fremgangsmåder, som vil kunne betale sig.
“intet kommer med en pengene-tilbage-garanti,” fortalte Sundrum MSNBC.com.
så hvorfor gider? Fysikere spinder ikke bare disse historier om 11 dimensioner til underholdning af science-fiction forfattere. Snarere synes usete dimensioner at give det bedste håb for at løse de slags problemer, der har frustrerede teoretikere siden Albert Einsteins dag.,
den utrolige lethed af tyngdekraften
i årtier har fysikere forundret sig over tyngdekraftens svaghed i sammenligning med de andre grundlæggende kræfter i naturen.
“en lille magnet kan løfte et papirclips, selvom hele jordens masse trækker den i modsat retning,” bemærkede Randall i sin bog om søgen efter ekstra dimensioner med titlen “Wararped Passages.”
Einstein forsøgte at komme med en overordnet teori, der kunne gælde lige så godt for tyngdekraften og de andre kræfter, men kunne bare ikke gøre det., Faktisk er teorierne, der styrer tyngdekraft og kvantemekanik, helt adskilte og helt uforenelige i den firedimensionelle verden, vi kender.
i løbet af de sidste par årtier har Einsteins efterfølgere fokuseret deres søgen efter en “teori om alt” på strengteori — ideen om, at materiens grundlæggende bestanddele er små stringlike objekter, der vibrerer ved forskellige frekvenser. Strengteoretikere kunne komme med ligninger til at dække tyngdekraft såvel som kvanteeffekter, så længe de fik 10 eller 11 dimensioner at arbejde med.,
Anstrenge sig for at forklare ter til slimhinder
De teorier, der virker endnu bedre, hvis du kan tænke på vores firedimensionale rum-tid kontinuum, som en slags membran, eller “brane,” indlejret i en “bulk”, der tager i endnu flere dimensioner. Randall og Sundrum fandt, at gravitations komparative svaghed var helt forståelig, hvis partikler kaldet gravitoner kunne lække en brane i en femdimensionel masse. Faktisk sagde de, det kunne godt være, at gravitoner lækker over massen i vores egen brane (“Weakeakbrane”) fra en ekstradimensional brane i nærheden (“Gravitybrane”).,det lyder ganske vist som en sammensat verden lige fra” Alice i Eventyrland ” — og Alice er faktisk blevet påberåbt mere end oncen gang af teoretikere selv. Det eneste, der kunne redde ekstradimensionel fysik fra fiktionshylden, er udsigten til at finde beviser i den virkelige verden til støtte for brane .orld-konceptet.
selvom der ikke er nogen garantier, holder Randall og Sundrum håb om, at ambitiøse eksperimenter snart vil producere netop den slags beviser., “Inden for de næste fem år kan vi faktisk støde på disse ekstra dimensioner,” sagde Randall under en tale i sidste uge i Seattle.problemet med at detektere den femte dimension (eller den sjette, syvende osv.) er, at vores kroppe er bygget til kun at måle de tre gammeldags rumlige dimensioner plus tid som en fjerde dimension.
forskere har håbet, at mindst en af de ekstra dimensioner kan rulles op på en sådan måde, at dens indflydelse kunne ses ved at måle tyngdekraftens træk på en skala på f.eks., Indtil videre er der ikke officielt rapporteret om afvigelser, selvom der har været lejlighedsvise blips, der sandsynligvis skyldes små eksperimentelle fejl snarere end den femte dimension.
En mere lovende avenue bør begynde at åbne op næste år, når en 5,3 km-bred (8.6 kilometer lang underjordisk partikelaccelerator kommer online på Europa ‘ s CERN-laboratorium, om den fransk-Schweiziske grænse. Speederen, døbt Large Hadron Collider, bare kan være i stand til at smadre protoner sammen med nok energi til at gyde subatomare partikler, der har momentum i de ekstra dimensioner.,
dette momentum, sagde Randall, ville blive betragtet som ekstra masse. Så hvis LHC producerer klasser af nye partikler, der bærer de samme ladninger som normale partikler, men ser ud til at være tungere med visse mængder, kan det være et tip til den femte dimension. Hvis teorien er korrekt, bør sådanne anomalier opdages “sandsynligvis inden for få år med kørsler på CERN,” sagde Randall.Randall sagde, at en anden avenue kunne have at gøre med tyngdekraftsbølger — et fænomen, der forudsiges af Einsteins generelle relativitetsteori, men som endnu ikke er blevet påvist., Komponenter af $365 millioner Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, eller LIGO, er lige ved at komme op i fart i Louisiana og Washington state.
Fysikere har sagt, at der er en chance for, at LIGO kan nå den første nogensinde opdagelse af tyngdekraften bølger, og næsten 200.000 og brugere har meldt sig til at hjælpe med at behandle LIGO data gennem Einstein @ Home distribueret computing-projekt. Men Randall fortalte MSNBC.com at ikke engang LIGO ville være i stand til at hente de data, hun leder efter.,Randall og Sundrum spekulerer i, at det rum, vi bor og ser rundt omkring os, måske har gjort en overgang fra en mere åbenlyst ekstradimensionel tilstand tidligt-måske som en del af processen med kosmisk inflation.
“Den extradimensional billede kan faktisk indeholde en inflation mekanisme, der under gunstige omstændigheder, ville producere observerbare gravitationelle bølger, som kan give væk nogle funktioner i deres extradimensional oprindelse,” Sundrum forklaret.,selvom LIGO ikke ville være følsom nok til at hente det ekstradimensionelle fingeraftryk, sagde Randall, at en fremtidig amerikansk-europæisk rumsonde kendt som Laser Interferometer Space Antenna eller LISA bare kunne have en chance.
Sundrum sagde imidlertid, at den teoretiske sammenhæng mellem ekstra dimensioner og kosmisk inflation “endnu ikke har ramt den robuste note, som du kunne basere stærke konklusioner på.”Desuden er det ikke klart, præcis når LISA kan blive lanceret. Det nuværende bedste gæt er engang før året 2014.,
at Fange gamma-ray bursts
Bare i de sidste par uger, to andre fysikere har foreslået en anden vej til at teste Randall-Sundrum teori. Dette ville indebære at bruge en NASA-sonde kaldet Gamma-Ray Large Area Space Telescope, eller GLAST, som skal lanceres næste år.,
I deres papir, offentliggjort online 24. Maj i tidsskriftet Physical Review D, Rutgers University Charles Keeton og Duke University ‘ s Arlie Petters fokus på en bestemt type af miniature sort hul, der ser ud til at være forudsagt som en konsekvens af extradimensional vridning effekt.
“Det er noget med massen af en asteroide, men det er mikroskopiske i størrelse,” fortalte Petters MSNBC.com.
Hvis mini-sorte huller eksisterer, Keeton og Petters sige GLAST skal registrere et karakteristisk lys-bøjning effekt, som det bemærker udbrud af gammastråler fra fjerne kilder., Et sådant eksperiment kunne bevise, at brane-teorien kommer tættere på sandheden end Einsteins relativitetsteori — og kunne også lægge vægt på tanken om, at de mini-sorte huller tegner sig for i det mindste noget af vores universs mystiske mørke stof.
“Hvis braneworld sorte huller form engang 1 procent af mørkt stof i vores del af galaksen — en forsigtig antagelse — der bør være flere tusinde braneworld sorte huller i vores solsystem,” Petters sagde.Randall og Sundrum fortalte MSNBC.,com, at de oprindeligt var skeptiske over de ideer, der blev foreslået af Keeton og Petters, men de gennemgår stadig detaljerne. For tiden sagde Sundrum, at han var villig til at give forskerne fordelen ved tvivlen: “du giver dem mere reb, for hvis de har ret, så er det fantastisk fantastisk.”
Det vigtige er, at fysikere er faktisk at komme op med ideer til at teste hypoteser, der syntes untestable ikke så længe siden, fortalte Keeton MSNBC.com.
“Vi foreslår en ny test af braneworld model, men det er bestemt ikke den eneste mulighed,” sagde han., “Dette passer ind i det bredere billede af samfundet, der forsøger at teste dette.”