SEATTLE – nek – a kozmosznak tökéletes értelme lenne … ha kiderül, hogy egy 10 vagy 11 dimenziós birodalomban élünk, ahol a gravitáció teljesen más síkon buborékol. Legalábbis ez az, ami a fizika határán a legforróbb koncepcióként jelenik meg.
bár ezek gyakorlatilag ellenőrizhetetlen állításoknak tűnnek, a fizikusok megpróbálják kitalálni, hogyan lehet bizonyítékokat gyűjteni a jelenleg divatos extradimenzionális elméletek alátámasztására vagy megcáfolására. De több évbe fog telni, mire megszerezzük a bizonyítékot, ha egyáltalán meg lehet szerezni.,
az állítás, miszerint a kozmosznak több mint a négy dimenziója van, amit észlelhetünk — vagyis három térbeli dimenzió plusz idő—, elég egzotikus. De a törekvés, hogy bizonyítani, hogy az állítás hozza a virtuális menagerie rejtélyek: mini-fekete lyukak és a sötét anyag, gravitációs hullámok és kozmikus infláció, szuper-nagy energiájú részecske ütközések és ultra-erős gamma-Ray robban.,
még a mai leginkább beszélt extradimenzionális elmélet, a Harvard Egyetem Lisa Randall és a Johns Hopkins Egyetem Raman Sundrum mögött álló fizikusok sem tudják pontosan, hogy a megközelítések megtérülnek-e.
“semmi sem jön pénz-visszafizetési garanciával” – mondta Sundrum MSNBC.com.
akkor miért zavarja? A fizikusok nem csak a 11 dimenziós meséket forgatják ki a sci-fi írók szórakoztatására. Inkább úgy tűnik, hogy a láthatatlan dimenziók a legjobb reményt kínálják azoknak a problémáknak a megoldására, amelyek Albert Einstein napja óta frusztrálták a teoretikusokat.,
a gravitáció hihetetlen könnyedsége
évtizedek óta a fizikusok zavarba ejtették a gravitáció gyengeségét a természet többi alapvető erőjével összehasonlítva.
“egy apró mágnes képes felemelni egy gemkapcsot, annak ellenére, hogy a Föld teljes tömege az ellenkező irányba húzza” – jegyezte meg Randall az extra méretek kereséséről szóló könyvében, melynek címe: “csavart átjárók.”
Einstein megpróbált egy átfogó elméletet kidolgozni, amely ugyanolyan jól alkalmazható a gravitációra és a többi erőre, de egyszerűen nem tudta megtenni., Valójában a gravitációt és a kvantummechanikát szabályozó elméletek teljesen különállóak, és teljesen összeegyeztethetetlenek az általunk ismert négydimenziós világban.
az elmúlt pár évtizedben, Einstein utódai középpontjában a törekvés a “mindenség elmélete” a húrelmélet — a gondolat, hogy az alapvető összetevők anyag apró stringlike tárgyak rezgő különböző frekvencián. A vonós teoretikusok egyenleteket hozhatnak létre a gravitáció, valamint a kvantumhatások fedezésére, mindaddig, amíg 10 vagy 11 dimenziót kaptak a munkához.,
Feszülten megmagyarázni branes
A elméletek munka még jobb, ha a négydimenziós tér-idő kontinuum, mint egy típusú membrán, vagy “brán,” beágyazott “ömlesztett”, hogy tart még nagyobb méretek. Randall és Sundrum úgy találta, hogy a gravitáció összehasonlító gyengesége teljesen érthető, ha a gravitonoknak nevezett részecskék egy bránerből ötdimenziós tömegbe szivároghatnak. Valójában azt mondták, lehet, hogy a gravitonok az ömlesztett anyagon át szivárognak a saját brane-ba (a “Weakbrane”) egy közeli extradimenziós brane-ből (a “Gravitybrane”).,
kétségtelen, hogy ez úgy hangzik, mint egy kitalált világ, egyenesen az “Alice Csodaországban” — ból-sőt, Alice-t többször is maguk a teoretikusok hívták fel. Az egyetlen dolog, amely megmentheti az extradimenziós fizikát a fikciós polcról, az a lehetőség, hogy valós bizonyítékokat találjanak a braneworld koncepció támogatására.
bár erre nincs garancia, Randall és Sundrum reményét fejezi ki, hogy az ambiciózus kísérletek hamarosan pontosan ilyen bizonyítékokat hoznak létre., “A következő öt évben valóban találkozhatunk ezekkel az extra dimenziókkal” – mondta Randall a múlt héten Seattle-ben tartott beszélgetés során.
részecskék szétzúzása
Az ötödik dimenzió (vagy a hatodik, hetedik stb.) észlelésének problémája az, hogy testünk csak a három régimódi térbeli dimenzió mérésére épül, plusz az idő, mint negyedik dimenzió.
a tudósok abban reménykedtek, hogy az extra méretek legalább egyikét úgy lehet feltekerni, hogy hatása látható legyen a gravitáció húzásának mérésével, mondjuk egy milliméter vagy annál kisebb skálán., Eddig hivatalosan nem jelentettek anomáliákat, bár alkalmanként olyan Blip-eket jelentettek, amelyek valószínűleg apró kísérleti hibák, nem pedig az ötödik dimenzió miatt következnek be.
egy ígéretesebb sugárútnak a következő évben kell megnyílnia, amikor egy 5, 3 mérföld széles (8, 6 kilométer széles) földalatti részecskegyorsító online lesz az Európa CERN laboratóriumában, a francia-svájci határon. A nagy Hadronütköztetőnek nevezett gyorsító csak képes lehet a protonokat összetörni annyi energiával együtt, hogy szubatomi részecskéket idézzen elő, amelyeknek lendülete van az extra dimenziókban.,
Ez a lendület, Randall szerint, extra tömegnek tekinthető. Tehát, ha az LHC termel osztályok új részecskék, melyek magukban hordozzák ugyanazt a vádat, mint a normál részecskék, de úgy tűnik, hogy nehezebb, bizonyos összegeket, lehet, hogy egy fülest, hogy az ötödik dimenzió. Ha az elmélet helyes, akkor ezeket az anomáliákat “valószínűleg néhány éven belül fel kell fedezni a CERN-nél” – mondta Randall.
gravitációs hullámok észlelése
Randall szerint egy másik sugárútnak köze lehet a gravitációs hullámokhoz — ezt a jelenséget Einstein általános relativitáselmélete jósolja, de még nem fedezték fel., A 365 millió dolláros Lézerinterferométer gravitációs hullámú Obszervatórium, vagyis a LIGO alkatrészei éppen Louisiana és Washington államban pörögnek.
a LIGO adatok feldolgozása az Einstein @ Home distributed-computing projekten keresztül. De Randall mondta MSNBC.com hogy még a LIGO sem tudja felvenni a keresett adatokat.,
Randall és Sundrum úgy gondolják, hogy az a tér, amelyben élünk és körülöttünk látunk, már korán áttérhetett egy nyíltan extradimenzionális állapotról-talán a kozmikus infláció folyamatának részeként.
“az extradimenzionális kép valójában tartalmazhat egy inflációs mechanizmust, amely kedvező körülmények között megfigyelhető gravitációs hullámokat hozna létre, amelyek részletei extradimenzionális eredetük néhány jellemzőjét adhatják el” – magyarázta Sundrum.,
bár a LIGO nem lenne elég érzékeny ahhoz, hogy felvegye ezt az extradimenziós ujjlenyomatot, Randall szerint egy jövőbeli amerikai-európai űrszondának, a lézeres interferométer Űrantennának vagy LISA-nak, csak esélye lehet.
Sundrum azonban azt mondta, hogy az extra dimenziók és a kozmikus infláció közötti elméleti kapcsolat ” még nem érte el azt a robusztus megjegyzést, amelyre erős következtetéseket lehet levonni.”Ráadásul nem világos, hogy pontosan mikor lehet elindítani LISA-t. A jelenlegi legjobb becslés valamikor a 2014-es év előtt van.,
a gammasugár-kitörések elkapása
Az elmúlt hetekben két másik fizikus más utat javasolt a Randall-Sundrum elmélet tesztelésére. Ez magában foglalná a NASA szondáját, a Gamma-Ray Large Area Space Telescope-t, vagy a GLAST-t, amely a jövő évben indul.,
a Physical Review D folyóiratban május 24-én megjelent tanulmányukban a Rutgers Egyetem Charles Keeton és a Duke Egyetem Arlie Petters egy bizonyos típusú miniatűr fekete lyukra összpontosít, amelyet úgy tűnik, hogy az extradimenziós torzító hatás kinövése.
“Ez a tömeg egy aszteroida, de a mikroszkopikus méretű,” Petters mondtam MSNBC.com.
Ha a mini fekete lyukak léteznek, Keatonnal, valamint Petters mondani GLAST kell regisztrálni egy jellegzetes fény-hajlító hatása, mint a köveket tör, a gamma-sugárzás a távoli forrásokból., Egy ilyen kísérlet is bizonyítja, hogy elméletről jön közelebb az igazsághoz, mint Einstein relativitás elmélet — is kölcsön tömeg, hogy az a gondolat, hogy a mini fekete lyukak figyelembe legalább néhány univerzum titokzatos sötét anyag.
“Ha a braneworld fekete lyukak a galaxisunk egy részében a sötét anyag 1% — át alkotják — óvatos feltételezés szerint-több ezer braneworld fekete lyuknak kell lennie naprendszerünkben” – mondta Petters.
Randall és Sundrum mondta az MSNBC-nek.,com, hogy kezdetben szkeptikusak voltak a Keeton és Petters által javasolt ötletekkel kapcsolatban, de még mindig felülvizsgálják a részleteket. Egyelőre Sundrum azt mondta, hogy hajlandó megadni a kutatóknak a kétség előnyeit: “több kötelet adsz nekik, mert ha igazuk van, akkor ez fantasztikus.”
a lényeg az, hogy a fizikusok valóban ötletekkel állnak elő olyan hipotézisek tesztelésére, amelyek nem olyan régen nem voltak tesztelhetők, mondta Keeton MSNBC.com.
“a braneworld modell új tesztjét javasoljuk, de ez természetesen nem az egyetlen lehetőség” – mondta., “Ez illeszkedik a szélesebb képet a közösség megpróbálja tesztelni ezt.”