SEATTLE-de kosmos zou volkomen logisch zijn … als blijkt dat we in een 10 – of 11-dimensionaal rijk leven waar de zwaartekracht van een heel ander vlak borrelt. Tenminste, dat is wat opkomt als het heetste concept op de grens van de fysica.
hoewel dit klinkt als vrijwel niet-verifieerbare beweringen, proberen natuurkundigen manieren te vinden om bewijs te verzamelen om de extradimensionale theorieën die momenteel in de mode zijn te ondersteunen of te weerleggen. Maar het zal jaren duren om dat bewijs te krijgen, als het al kan.,
de bewering dat de kosmos meer heeft dan de vier dimensies die we kunnen waarnemen — dat wil zeggen drie ruimtelijke dimensies plus tijd — is exotisch genoeg. Maar de zoektocht om die bewering te bewijzen brengt een virtuele menagerie van mysteries met zich mee: mini-zwarte gaten en donkere materie, gravitatiegolven en kosmische inflatie, super-hoge-energie deeltjes botsingen en ultra-krachtige gammastralen uitbarstingen.,zelfs de natuurkundigen achter de meest besproken extradimensionale theorie van vandaag, Lisa Randall van de Harvard-universiteit en Raman Sundrum van de Johns Hopkins-Universiteit, zijn nog niet precies zeker of de benaderingen hun vruchten zullen afwerpen.
“niets komt met een geld-terug-garantie,” vertelde Sundrum MSNBC.com.
dus waarom de moeite? Natuurkundigen zijn niet alleen spinnen uit deze verhalen van 11 dimensies voor het plezier van science-fiction schrijvers. In plaats daarvan lijken onzichtbare dimensies de beste hoop te bieden voor het oplossen van de problemen die theoretici hebben gefrustreerd sinds Albert Einsteins tijd.,
de ongelooflijke lichtheid van zwaartekracht
gedurende decennia hebben natuurkundigen zich afgevraagd hoe zwak zwaartekracht is in vergelijking met de andere fundamentele krachten van de natuur. “een kleine magneet kan een paperclip optillen, ook al trekt de massa van de aarde hem in de tegenovergestelde richting, “merkte Randall op in haar boek over the search for extra dimensions, getiteld” Warped Passages.”
Einstein probeerde met een overkoepelende theorie te komen die even goed van toepassing zou kunnen zijn op zwaartekracht en de andere krachten, maar kon het gewoon niet doen., In feite zijn de theorieën die zwaartekracht en kwantummechanica beheersen totaal gescheiden, en totaal onverenigbaar in de vierdimensionale wereld die we kennen.in de afgelopen decennia hebben Einsteins opvolgers hun zoektocht naar een “theorie van alles” gericht op de snaartheorie — het idee dat de fundamentele bestanddelen van materie kleine snaarachtige objecten zijn die vibreren op verschillende frequenties. Snaartheoretici konden vergelijkingen bedenken om zowel zwaartekracht als kwantumeffecten te dekken, zolang ze 10 of 11 dimensies kregen om mee te werken.,
persen om branes te verklaren
de theorieën werken nog beter als je ons vierdimensionale ruimte-tijdcontinuüm kunt zien als een type membraan, of “brane”, ingebed in een “bulk” die nog meer dimensies aanneemt. Randall en Sundrum vonden dat de relatieve zwakte van de zwaartekracht volkomen begrijpelijk was als deeltjes genaamd gravitonen van een braan konden lekken in een vijfdimensionale massa. In feite, zeiden ze, zou het heel goed kunnen zijn dat gravitonen over het grootste deel lekken in onze eigen brane (de “Weakbrane”) uit een extradimensionale brane in de buurt (de “Gravitybrane”).,
toegegeven, dit klinkt als een verzonnen wereld rechtstreeks uit “Alice In Wonderland”-en inderdaad, Alice is meer dan eens aangeroepen door theoretici zelf. Het enige dat extradimensionale fysica uit de fictieplank kan redden is het vooruitzicht van het vinden van echt bewijs ter ondersteuning van het braneworld concept.hoewel er geen garanties zijn, hopen Randall en Sundrum dat ambitieuze experimenten binnenkort precies dat soort bewijs zullen opleveren., “Binnen de komende vijf jaar, kunnen we eigenlijk tegenkomen deze extra dimensies,” Randall zei tijdens een gesprek vorige week in Seattle.het probleem met het detecteren van de vijfde dimensie (of de zesde, zevende, enzovoort) is dat onze lichamen zijn gebouwd om alleen de drie ouderwetse ruimtelijke dimensies te meten, plus tijd als een vierde dimensie.
wetenschappers hebben gehoopt dat ten minste één van de extra dimensies zo opgerold zou kunnen worden dat de invloed ervan kan worden waargenomen door de trekkracht van de zwaartekracht te meten op een schaal van bijvoorbeeld een millimeter of minder., Tot nu toe zijn er geen anomalieën officieel gemeld, hoewel er af en toe een bliepje is geweest dat waarschijnlijk te wijten is aan kleine experimentele fouten in plaats van de vijfde dimensie.
volgend jaar zou zich een veelbelovende weg moeten openen, wanneer een ondergrondse deeltjesversneller van 8,6 kilometer breed (5,3 mijl breed) online komt in het Europese CERN-laboratorium, aan de Frans-Zwitserse grens. De versneller, genaamd de Large Hadron Collider, zou misschien in staat zijn om protonen samen te breken met genoeg energie om subatomaire deeltjes voort te brengen die momentum hebben in de extra dimensies.,
dit momentum, zei Randall, zou gezien worden als extra massa. Dus als de LHC klassen van nieuwe deeltjes produceert die dezelfde ladingen dragen als normale deeltjes maar in bepaalde hoeveelheden zwaarder lijken te zijn, kan dat een tip-off zijn voor de vijfde dimensie. Als de theorie correct is, moeten dergelijke afwijkingen worden gedetecteerd “waarschijnlijk binnen een paar jaar van runs op CERN,” Randall zei.Randall zei dat een andere weg te maken zou kunnen hebben met zwaartekrachtgolven — een fenomeen dat voorspeld wordt door Einsteins algemene relativiteitstheorie, maar nog niet ontdekt is., Onderdelen van de $ 365 miljoen Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, of LIGO, zijn net op de hoogte van de snelheid in Louisiana en Washington state.
natuurkundigen hebben gezegd dat er een kans is dat LIGO de allereerste detectie van zwaartekrachtgolven bereikt, en bijna 200.000 gebruikers hebben zich aangemeld om LIGO-gegevens te helpen verwerken via het Einstein @ Home distributed-computing-project. Maar Randall vertelde MSNBC.com dat zelfs LIGO niet in staat zou zijn om de gegevens op te pikken die ze zoekt.,
Randall en Sundrum speculeren dat de ruimte die we overal om ons heen bewonen en zien al vroeg een overgang heeft gemaakt van een meer openlijke extradimensionale toestand — misschien als onderdeel van het proces van kosmische inflatie.
“Het extradimensionale beeld kan eigenlijk een inflatiemechanisme bevatten dat, onder gunstige omstandigheden, waarneembare gravitatiegolven zou produceren, waarvan de details enkele kenmerken van hun extradimensionale oorsprong kunnen weggeven,” legde Sundrum uit.,hoewel LIGO niet gevoelig genoeg zou zijn om die extradimensionale vingerafdruk op te pikken, zei Randall dat een toekomstige Amerikaanse-Europese ruimtesonde bekend als de Laser Interferometer Space Antenna, of LISA, misschien wel een kans zou hebben.
Sundrum zei echter dat de theoretische koppeling tussen extra dimensies en kosmische inflatie “nog niet die robuuste noot heeft bereikt waarop je sterke conclusies zou kunnen baseren.”Bovendien is het niet duidelijk wanneer LISA precies wordt gelanceerd. De huidige beste gok is ergens voor het jaar 2014.,
Het vangen van gammaflitsen
In de afgelopen weken hebben twee andere natuurkundigen een andere manier voorgesteld om de Randall-Sundrum theorie te testen. Dit zou gepaard gaan met het gebruik van een NASA-sonde genaamd de Gamma-Ray Large Area Space Telescope, of GLAST, die wordt verwacht voor de lancering volgend jaar.,in hun paper, gepubliceerd op 24 mei online in het tijdschrift Physical Review D, richten Rutgers University ’s Charles Keeton en Duke University’ s Arlie Petters zich op een bepaald type miniatuur zwart gat dat lijkt te worden voorspeld als een uitgroei van het extradimensionale kromtrekken effect.
” Dit is iets met de massa van een asteroïde, maar het is microscopisch van grootte, ” vertelde Petters MSNBC.com.
als de mini-zwarte gaten bestaan, zeggen Keeton en Petters dat GLAST een karakteristiek lichtbuikend effect moet registreren, omdat het uitbarstingen van gammastralen van verre bronnen waarneemt., Zo ‘ n experiment zou kunnen bewijzen dat de brane — theorie dichter bij de waarheid komt dan de relativiteitstheorie van Einstein-en zou ook gewicht kunnen geven aan het idee dat de mini-zwarte gaten in ieder geval een deel van de mysterieuze donkere materie van ons universum vertegenwoordigen.
“als braneworld zwarte gaten zelfs 1 procent van de donkere materie in ons deel van het melkwegstelsel vormen — een voorzichtige aanname — zouden er enkele duizenden braneworld zwarte gaten in ons zonnestelsel moeten zijn,” zei Petters.
Randall en Sundrum vertelden het aan MSNBC.,com dat ze aanvankelijk sceptisch waren over de ideeën voorgesteld door Keeton en Petters, maar ze zijn nog steeds de herziening van de details. Voor nu, Sundrum zei dat hij bereid was om de onderzoekers het voordeel van de twijfel te geven: “geef ze meer touw, want als ze gelijk hebben, dan is het off-the-scale fantastisch.”
het belangrijkste is dat natuurkundigen eigenlijk met ideeën komen om hypothesen te testen die niet zo lang geleden ontestbaar leken, vertelde Keeton MSNBC.com.
” We stellen een nieuwe test voor van het braneworld model, maar het is zeker niet de enige mogelijkheid,” zei hij., “Dit past in het bredere plaatje van de gemeenschap die dit probeert te testen.”