SEATTLE – kosmos miałby sens … jeśli okaże się, że żyjemy w 10 – lub 11-wymiarowej sferze, gdzie grawitacja jest w zupełnie innej płaszczyźnie. Przynajmniej to jest to, co wyłania się jako najgorętsze pojęcie na granicy fizyki.
choć brzmią one jak praktycznie nieweryfikowalne twierdzenia, fizycy próbują wymyślić sposoby na zebranie dowodów, aby potwierdzić lub obalić teorie pozawymiarowe, które są obecnie w modzie. Ale zdobycie tych dowodów zajmie kilka lat, jeśli w ogóle da się je zdobyć.,
twierdzenie, że kosmos ma więcej niż cztery wymiary, które możemy dostrzec — to znaczy trzy wymiary przestrzenne plus czas — jest wystarczająco egzotyczne. Ale dążenie do udowodnienia tego roszczenia przynosi wirtualną menażerię tajemnic: mini – czarne dziury i ciemna materia, fale grawitacyjne i kosmiczna inflacja, kolizje cząstek o bardzo wysokiej energii i ultra-potężne rozbłyski gamma.,
nawet fizycy stojący za dzisiejszą, najczęściej dyskutowaną teorią pozawymiarową, Lisą Randall z Uniwersytetu Harvarda i Ramanem Sundrum z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, nie są jeszcze pewni, czy podejście się opłaci.
„nic nie ma gwarancji zwrotu pieniędzy” MSNBC.com.
więc po co się trudzić? Fizycy nie wymyślają bajek o 11 wymiarach dla rozrywki pisarzy science-fiction. Raczej niewidoczne wymiary wydają się dawać najlepszą nadzieję na rozwiązanie problemów, które frustrowały teoretyków od czasów Alberta Einsteina.,
niesamowita lekkość grawitacji
przez dziesięciolecia fizycy zastanawiali się nad słabością grawitacji w porównaniu z innymi podstawowymi siłami natury.
„mały magnes może podnieść spinacz do papieru, mimo że cała masa ziemi ciągnie go w przeciwnym kierunku” – zauważył Randall w swojej książce o poszukiwaniu dodatkowych wymiarów, zatytułowanej „wypaczone fragmenty.”
Einstein próbował wymyślić nadrzędną teorię, która mogłaby odnosić się równie dobrze do grawitacji i innych sił, ale po prostu nie mogła tego zrobić., W rzeczywistości teorie rządzące grawitacją i mechaniką kwantową są całkowicie odrębne i całkowicie niezgodne w czterowymiarowym świecie, który znamy.
w ciągu ostatnich kilku dekad następcy Einsteina skoncentrowali swoje poszukiwania „teorii wszystkiego” na teorii strun — idei, że podstawowymi składnikami materii są małe strunopodobne obiekty wibrujące z różnymi częstotliwościami. Teoretycy strun mogli wymyślić równania obejmujące grawitację, a także efekty kwantowe, o ile otrzymali 10 lub 11 wymiarów do pracy.,
próba wyjaśnienia branów
teorie działają jeszcze lepiej, jeśli można myśleć o naszym czterowymiarowym kontinuum czasoprzestrzennym jako rodzaju membrany, czyli „brane”, osadzonej w „masie”, która ma jeszcze więcej wymiarów. Randall i Sundrum odkryli, że porównawcza słabość grawitacji jest całkowicie zrozumiała, jeśli cząstki zwane grawitonami mogą wyciekać z brane do pięciowymiarowej masy. W rzeczywistości powiedzieli, że może być tak, że grawitony przeciekają przez masę do naszej własnej brane („słaba brane”) z pozawymiarowej brane w pobliżu („Gravitybrane”).,
co prawda brzmi to jak wymyślony świat prosto z „Alicji w Krainie Czarów”-i rzeczywiście Alicja była wielokrotnie przywoływana przez samych teoretyków. Jedyną rzeczą, która może uratować fizykę pozawymiarową z półki fikcji, jest perspektywa znalezienia rzeczywistych dowodów na poparcie koncepcji braneworld.
chociaż nie ma żadnych gwarancji, Randall i Sundrum trzymają nadzieję, że ambitne eksperymenty wkrótce przyniosą właśnie tego rodzaju dowody., „W ciągu najbliższych pięciu lat możemy rzeczywiście napotkać te dodatkowe wymiary”, powiedział Randall podczas przemówienia w zeszłym tygodniu w Seattle.
Smashing particles
problem z wykrywaniem piątego wymiaru (lub szóstego, siódmego itd.) polega na tym, że nasze ciała są zbudowane tak, aby mierzyć tylko trzy Staromodne wymiary przestrzenne, plus czas jako czwarty wymiar.
naukowcy mają nadzieję, że przynajmniej jeden z dodatkowych wymiarów może być zwinięty w taki sposób, że jego wpływ można zobaczyć, mierząc siłę grawitacji w skali, powiedzmy, milimetra lub mniej., Do tej pory oficjalnie nie odnotowano żadnych anomalii, choć sporadycznie zdarzały się blipy, które są prawdopodobnie spowodowane drobnymi błędami eksperymentalnymi, a nie piątym wymiarem.
w przyszłym roku w europejskim laboratorium CERN na granicy francusko-szwajcarskiej uruchomiony zostanie podziemny akcelerator cząstek o szerokości 5,3 mili (8,6 km). Akcelerator, zwany Wielkim Zderzaczem Hadronów, może być w stanie rozbić protony z wystarczającą ilością energii, aby wywołać subatomowe cząstki, które mają pęd w dodatkowych wymiarach.,
ten pęd, jak powiedział Randall, będzie postrzegany jako dodatkowa masa. Jeśli więc LHC produkuje klasy nowych cząstek, które niosą takie same ładunki jak normalne cząstki, ale wydają się być cięższe o pewne ilości, może to być wskazówka do piątego wymiaru. Jeśli teoria jest poprawna, takie anomalie powinny zostać wykryte „prawdopodobnie w ciągu kilku lat od uruchomienia w CERN” – powiedział Randall.
wykrywanie fal grawitacyjnych
Randall powiedział, że inna droga może mieć związek z falami grawitacyjnymi — zjawiskiem, które jest przewidywane przez ogólną teorię względności Einsteina, ale nie zostało jeszcze wykryte., Komponenty za 365 milionów dolarów laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, czyli LIGO, dopiero zaczynają działać w Luizjanie i stanie Waszyngton.
fizycy stwierdzili, że istnieje szansa, że LIGO może po raz pierwszy wykryć fale grawitacyjne, a prawie 200 000 użytkowników zgłosiło się do pomocy przetwarzanie danych LIGO w ramach projektu Einstein @ home distributed-computing. Ale Randall powiedział MSNBC.com że nawet LIGO nie będzie w stanie zebrać danych, których szuka.,
Randall i Sundrum spekulują, że przestrzeń, którą zamieszkujemy i widzimy wokół nas, mogła dokonać przejścia z bardziej jawnego pozawymiarowego stanu na początku — być może jako część procesu kosmicznej inflacji.
„pozawymiarowy obraz może rzeczywiście zawierać mechanizm inflacyjny, który w sprzyjających okolicznościach wytworzy obserwowalne fale grawitacyjne, których szczegóły mogą zdradzać pewne cechy ich pozawymiarowego pochodzenia”, wyjaśnił Sundrum.,
chociaż LIGO nie byłby wystarczająco wrażliwy, aby wychwycić ten pozawymiarowy odcisk palca, Randall powiedział, że przyszła amerykańsko-Europejska sonda kosmiczna znana jako kosmiczna Antena interferometru laserowego, lub LISA, może mieć szansę.
jednak teoretyczny związek między dodatkowymi wymiarami a Kosmiczną inflacją „nie trafił jeszcze do tej solidnej nuty, na której można oprzeć mocne wnioski.”Co więcej, nie jest jasne, kiedy LISA może zostać uruchomiona. Obecny najlepszy przypuszczenie jest gdzieś przed rokiem 2014.,
łapiąc rozbłyski gamma
w ciągu ostatnich kilku tygodni dwóch innych fizyków zaproponowało inną drogę do badania teorii Randalla-Sundruma. Wiązałoby się to z użyciem sondy NASA o nazwie Gamma-Ray Large Area Space Telescope, lub GLAST, który ma zostać wystrzelony w przyszłym roku.,
w swojej pracy, opublikowanej w Internecie 24 maja w czasopiśmie Physical Review D, Charles Keeton z Rutgers University i Arlie Petters z Duke University skupiają się na szczególnym typie miniaturowej czarnej dziury, która wydaje się być przewidywana jako wynik pozawymiarowego efektu wypaczania.
„To jest coś o masie asteroidy, ale ma mikroskopijne rozmiary” – powiedział Petters MSNBC.com.
Jeśli istnieją mini-czarne dziury, Keeton i Petters twierdzą, że GLAST powinien zarejestrować charakterystyczny efekt gięcia światła, ponieważ obserwuje rozbłyski promieni gamma z odległych źródeł., Taki eksperyment może udowodnić, że teoria brane ' a jest bliższa prawdy niż teoria względności Einsteina — i może również nadać wagę idei, że mini – czarne dziury stanowią przynajmniej część tajemniczej ciemnej materii naszego wszechświata.
„Jeśli czarne dziury braneworld tworzą nawet 1 procent ciemnej materii w naszej części galaktyki — ostrożne założenie — w naszym Układzie Słonecznym powinno być kilka tysięcy czarnych dziur braneworld”, powiedział Petters.
,com, że początkowo byli sceptyczni co do pomysłów zaproponowanych przez Keetona i Pettersa, ale nadal przeglądają szczegóły. Na razie Sundrum powiedział, że jest gotów dać badaczom korzyść z wątpliwości: „dajesz im więcej liny, bo jeśli mają rację, to jest poza skalą fantastyczne.”
ważne jest to, że fizycy rzeczywiście wymyślają pomysły na testowanie hipotez, które nie tak dawno wydawały się nie do przetestowania, Keeton powiedział MSNBC.com.
„proponujemy nowy test modelu braneworld, ale na pewno nie jest to jedyna możliwość”, „To pasuje do szerszego obrazu społeczności próbującej to przetestować.”