SEATTLE – kosmos ville gjør perfekt forstand … hvis det viser seg at vi lever i en 10 – og 11-dimensjonal verden der tyngdekraften er boblende av et helt annet plan. Minst som er hva som er i ferd med å bli den hotteste konseptet på grensen av fysikk.
selv Om disse lyden som nesten uverifiserbare påstander, fysikere prøver å komme opp med måter å samle bevis for å sikkerhetskopiere eller motbevise extradimensional teorier for tiden i vogue. Men det vil ta flere år å få som bevis, hvis det kan være kommet i det hele tatt.,
påstanden om at kosmos har mer enn fire dimensjoner vi kan oppfatte — det er tre romlige dimensjoner pluss gang — er eksotisk nok. Men forsøk på å bevise at påstanden bringer i en virtuell menasjeri av mysterier: mini-sorte hull og mørk materie, gravitasjonsbølger og kosmisk inflasjon, super-high-energy partikkel kollisjoner og ultra-kraftig gamma-ray burst.,
Selv fysikere bak dagens mest-snakket-om extradimensional teori, Harvard University ‘ s Lisa Randall og Johns Hopkins University Raman Sundrum, er ennå ikke helt sikker på om tilnærminger vil lønne seg.
«det er Ingenting som kommer med en pengene-tilbake-garanti,» fortalte Sundrum MSNBC.com.
Så hvorfor bry seg? Fysikere er ikke bare spinne ut disse fortellingene av 11 mål for underholdning av science-fiction-forfattere. Snarere, usynlige dimensjoner synes å tilby det beste håp for å løse de problemene som har frustrert teoretikere siden Albert Einstein ‘ s day.,
utrolig letthet av tyngdekraften
For flere tiår, fysikere har undret seg over svakhet av tyngdekraften i sammenligning med andre fundamentale kreftene i naturen.
«En liten magnet kan løfte en binders, selv om all massen av jorden er å trekke det i motsatt retning,» Randall bemerket i sin bok på jakt etter ekstra dimensjoner, med tittelen «Vridd Passasjer.»
Einstein prøvde å komme opp med en overordnet teori som kan gjelde like godt til tyngdekraften og andre krefter, men bare kunne ikke gjøre det., Faktisk, de teorier som styrer tyngdekraften og kvantemekanikk er helt atskilt, og helt uforenlig i fire-dimensjonale verden vi kjenner.
i Løpet av de siste par tiår, Einstein sine etterfølgere har fokusert sin søken etter en «teori om alt» på streng teori — ideen om at de grunnleggende bestanddeler av saken er små stringlike objekter vibrerer på ulike frekvenser. String teoretikere kunne komme opp med ligninger for å dekke tyngdekraften, samt kvantifisere effekter, så lenge de fikk 10 eller 11 mål å jobbe med.,
Anstrengende å forklare branes
teoriene fungerer enda bedre hvis du kan tenke deg av våre fire-dimensjonale rom-tid kontinuum som en type membran, eller «brane,» som er innebygd i en «bulk» som tar i enda flere mål. Randall og Sundrum funnet ut at tyngdekraften er komparativ svakhet var helt forståelig hvis partikler som kalles gravitoner kunne lekke ut en brane i en fem-dimensjonale bulk. Faktisk, de sa: det kan godt være at gravitoner er lekker over bulk i vår egen brane (den «Weakbrane») fra en extradimensional brane i nærheten (den «Gravitybrane»).,
Riktignok, dette høres ut som en oppdiktet verden rett fra «Alice i Eventyrland» — og faktisk, Alice har blitt brukt mer enn en gang av teoretikere seg selv. Det eneste som kan redde extradimensional fysikk fra fiksjon sokkel er utsiktene til å finne den virkelige verden bevis for å støtte den braneworld konseptet.
Selv om det er ingen garantier, Randall og Sundrum holder ut i håp om at ambisiøse eksperimenter snart vil produsere nettopp den slags bevis., «I løpet av de neste fem årene, kan vi faktisk møte disse ekstra dimensjoner,» sa Randall under en tale i forrige uke i Seattle.
Smashing partikler
problemet med å oppdage den femte dimensjon (eller sjette, syvende, og så videre) er at kroppene våre er bygget for å måle bare tre gammeldags romlige dimensjoner, pluss tid som en fjerde dimensjon.
Forskere har vært i håp om at minst én av de ekstra dimensjonene kan være rullet opp på en slik måte at dens innflytelse kan bli sett ved å måle tyngdekraften er trekk på en skala fra, si, en millimeter eller mindre., Så langt, ingen avvik har blitt offisielt rapportert, selv om det har vært sporadiske blips som er sannsynlig på grunn av små eksperimentelle feil snarere enn den femte dimensjon.
En mer lovende avenue bør begynne å åpne opp neste år, når en 5,3 kilometer bred (8.6 kilometer bred) t-partikkel-akselerator kommer online i Europas CERN laboratoriet, på den fransk-Sveitsiske grensen. Akseleratoren, kalt Large Hadron Collider, kan bare være i stand til å knuse protoner sammen med nok energi til å gyte subatomære partikler som har momentum i ekstra dimensjoner.,
Denne drivkraften, sa Randall, ville bli sett på som ekstra masse. Så hvis LHC produserer klasser av nye partikler som bærer samme avgifter som normalt partikler, men synes å være mer av et visst beløp, kan det være et tips til den femte dimensjon. Hvis teorien er riktig, slike avvik bør bli oppdaget «sannsynligvis i løpet av få år går av ved CERN i sveits,» sa Randall.
å Oppdage gravitasjonsbølger
Randall, sa en annen vei kan ha å gjøre med tyngdebølger — et fenomen som er forutsagt av Einsteins generelle relativitetsteori, men har ennå ikke blitt oppdaget., Komponenter av $365 millioner Laser Interferometer Gravitasjons-Wave Observatory, eller LIGO, er bare å komme opp til hastighet i Louisiana og Washington state.
Fysikere har sagt det er en sjanse for at LIGO kan oppnå den aller første påvisning av tyngdebølger, og nærmere 200.000 brukere har meldt seg for å hjelpe til å behandle LIGO data gjennom Einstein @ Home distributed computing prosjektet. Men Randall fortalt MSNBC.com at selv ikke LIGO ville være i stand til å plukke opp dataene hun er ute etter.,
Randall og Sundrum spekulere i at det rommet vi lever i, og se alle rundt oss har gjort en overgang fra et mer åpent extradimensional staten tidlig på — kanskje som en del av prosessen med kosmisk inflasjon.
«Den extradimensional bildet kan faktisk inneholde en inflasjon mekanisme som under gunstige omstendigheter, ville produsere observerbare gravitasjonsbølger, detaljene som kan gi bort noen funksjoner i sine extradimensional opprinnelse,» Sundrum forklart.,
Selv om LIGO ville ikke være følsom nok til å plukke opp på en som extradimensional fingeravtrykk, sa Randall et fremtidig USA-European space probe kjent som Laser Interferometer Plass Antenne, eller LISA, som bare kan ha en sjanse.
Sundrum, imidlertid, sa den teoretiske sammenhengen mellom ekstra dimensjoner og kosmisk inflasjon «har ennå ikke truffet som robust oppmerksom på noe som du kunne base sterke konklusjoner.»Dessuten, det er ikke klart nøyaktig når LISA kan bli lansert. Dagens beste gjetning er en gang før år 2014.,
Fange gamma-ray burst
Bare i de siste par uker, to andre fysikere har foreslått en annen vei for testing Randall-Sundrum teori. Dette ville innebære å bruke en NASA-sonde kalt Gamma-Ray Stort Område Space Telescope, eller GLAST, som er planlagt for lansering neste år.,
I sine papir, publisert online Mai 24 i tidsskriftet Physical Review D, Rutgers University ‘ s Charles Keeton og Duke University er Arlie Petter fokusere på en bestemt type miniatyr svart hull som ser ut til å bli spådd som en utvekst av den extradimensional bøying effekt.
«Dette er noe med massen av en asteroide, men det er mikroskopisk i størrelse,» fortalte Petter MSNBC.com.
Hvis mini-svart hull eksisterer, Keeton og Petter sier GLAST bør registrere et karakteristisk lys-bøying effekt som registrerer utbrudd av gamma-stråler fra fjerne kilder., Et slikt eksperiment kunne bevise at brane teori kommer nærmere sannheten enn Einsteins relativitetsteori — og kan også låne vekt på ideen om at mini-svart hull konto for minst noen av universet vårt, den mystiske mørke materien.
«Hvis braneworld sorte hull form selv 1 prosent av mørk materie i vår del av galaksen — en forsiktig antakelse — det bør være flere tusen braneworld sorte hull i vårt solsystem,» sa Petter.
Randall og Sundrum fortalte MSNBC.,com-at de var i utgangspunktet skeptisk til de ideer som er foreslått av Keeton og Petter, men de er fortsatt gjennomgå detaljene. For nå, Sundrum sa han var villig til å gi forskerne fordelen av tvil: «Du gir dem mer tau, fordi hvis de har rett, så er det off-the-skala fantastisk.»
Det viktigste er at fysikere er faktisk kommer opp med ideer for å teste hypoteser som virket untestable ikke så lenge siden, fortalte Keeton MSNBC.com.
«Vi foreslår en ny test av den braneworld modell, men det er sikkert ikke den eneste muligheten,» sa han., «Dette passer inn i et bredere bilde av samfunnet prøver å teste dette.»