SEATTLE – kosmos skulle göra perfekt mening … om det visar sig att vi lever i en 10 – eller 11-dimensionell värld där gravitationen bubblar av ett annat plan helt. Det är åtminstone det som växer fram som det hetaste konceptet på fysikens gräns.
Även om dessa låter som praktiskt taget obekräftade påståenden, försöker fysiker att komma på sätt att samla bevis för att säkerhetskopiera eller motbevisa de extradimensionella teorierna som för närvarande är på modet. Men det kommer att ta flera år att få det beviset, om det kan bli överhuvudtaget.,
påståendet att kosmos har mer än de fyra dimensioner vi kan uppfatta — det vill säga tre rumsliga dimensioner plus tid — är exotiskt nog. Men strävan att bevisa att påståendet ger i en virtuell menagerie av mysterier: mini-svarta hål och mörk materia, gravitationsvågor och kosmisk inflation, super-hög energi partikel kollisioner och ultra-kraftfulla gamma-ray skurar.,
även fysikerna bakom dagens mest talade om extradimensionell teori, Harvard University Lisa Randall och Johns Hopkins University Raman Sundrum, är ännu inte exakt säkra på om tillvägagångssätten kommer att löna sig.
”ingenting kommer med en pengarna – tillbaka-garanti”, sa Sundrum MSNBC.com.
så varför bry sig? Fysiker spinner inte bara ut dessa berättelser av 11 dimensioner för nöjen av science fiction-författare. Snarare verkar osynliga dimensioner erbjuda det bästa hoppet för att lösa de typer av problem som har frustrerat teoretikerna sedan Albert Einsteins dag.,
gravitationens otroliga lätthet
i årtionden har fysiker förbryllat över gravitationens svaghet i jämförelse med naturens andra grundläggande krafter.
”en liten magnet kan lyfta ett pappersklipp, även om hela jordens massa drar den i motsatt riktning”, noterade Randall i sin bok om sökandet efter extra dimensioner, med titeln ” varvade passager.”
Einstein försökte komma med en övergripande teori som kunde gälla lika bra för gravitationen och de andra krafterna, men kunde bara inte göra det., Faktum är att teorierna som styr gravitation och kvantmekanik är helt separata och helt oförenliga i den fyrdimensionella världen vi känner till.
under de senaste decennierna har Einsteins efterträdare fokuserat sin strävan efter en ”teori om allt” på strängteori-tanken att de grundläggande beståndsdelarna i materien är små strängliknande föremål som vibrerar vid olika frekvenser. Strängteoretiker kunde komma med ekvationer för att täcka gravitation samt kvanteffekter, så länge de fick 10 eller 11 dimensioner att arbeta med.,
anstränga sig för att förklara branes
teorierna fungerar ännu bättre om du kan tänka på vår fyrdimensionella rymdtid kontinuum som en typ av membran, eller ”brane,” inbäddad i en ”bulk” som tar i ännu fler dimensioner. Randall och Sundrum fann att Gravitys komparativa svaghet var helt förståeligt om partiklar som kallas gravitons kunde läcka av en brane i en femdimensionell bulk. Faktum är att de sa, det kan väl vara att gravitons läcker över bulk till vår egen brane (”Weakbrane”) från en extradimensionell brane i närheten (”Gravitybrane”).,
visserligen låter detta som en uppbyggd Värld direkt från ”Alice in Wonderland”-och Alice har faktiskt åberopats mer än en gång av teoretikerna själva. Det enda som kan rädda extradimensionell fysik från fiktionshyllan är utsikterna att hitta verkliga bevis för att stödja braneworld-konceptet.
Även om det inte finns några garantier hoppas Randall och Sundrum att ambitiösa experiment snart kommer att producera just den typen av bevis., ”Inom de närmaste fem åren kan vi faktiskt stöta på dessa extra dimensioner”, sa Randall under ett samtal förra veckan i Seattle.
krossa partiklar
problemet med att upptäcka den femte dimensionen (eller den sjätte, sjunde och så vidare) är att våra kroppar är byggda för att mäta endast de tre gammaldags rumsliga dimensionerna, plus tid som en fjärde dimension.
forskare har hoppats att minst en av de extra dimensionerna kan rullas upp på ett sådant sätt att dess inflytande kan ses genom att mäta gravitationens drag på en skala av, säg, en millimeter eller mindre., Hittills har inga anomalier rapporterats officiellt, även om det har förekommit enstaka blips som sannolikt beror på små experimentella fel snarare än den femte dimensionen.
en mer lovande väg bör börja öppnas nästa år, när en 5.3-mil bred (8.6-kilometer bred) underjordisk partikelaccelerator kommer online vid Europas CERN laboratory, på den fransk-schweiziska gränsen. Acceleratorn, kallad Large Hadron Collider, kanske bara kan krossa protoner tillsammans med tillräckligt med energi för att leka subatomiska partiklar som har fart i de extra dimensionerna.,
denna momentum, sade Randall, skulle ses som extra massa. Så om LHC producerar klasser av nya partiklar som bär samma avgifter som normala partiklar men verkar vara tyngre av vissa mängder, kan det vara ett tips till den femte dimensionen. Om teorin är korrekt bör sådana anomalier detekteras ”förmodligen inom några år av körningar på CERN”, sa Randall.
detektering av gravitationsvågor
Randall sa att en annan aveny kunde ha att göra med gravitationsvågor — ett fenomen som förutspås av Einsteins allmänna relativitetsteori men ännu inte har upptäckts., Komponenterna i Gravitationsvågsobservatoriet för $ 365 miljoner Laserinterferometer, eller LIGO, går bara upp till fart i Louisiana och Washington state.
fysiker har sagt att det finns en chans att LIGO kan uppnå den första upptäckten av gravitationsvågor, och nästan 200 000 användare har anmält sig för att hjälpa till att bearbeta LIGODATA genom Einstein @ Home distributed-computing-projektet. Men Randall berättade MSNBC.com att inte ens LIGO skulle kunna hämta de uppgifter hon letar efter.,
Randall och Sundrum spekulerar i att det utrymme vi bebor och ser runt omkring oss kan ha gjort en övergång från ett mer öppet extradimensionellt tillstånd tidigt-kanske som en del av processen med kosmisk inflation.
”den extradimensionella bilden kan faktiskt innehålla en inflationsmekanism som under gynnsamma omständigheter skulle producera observerbara gravitationsvågor, vars detaljer kan ge bort vissa funktioner i deras extradimensionella ursprung”, förklarade Sundrum. ,
även om LIGO inte skulle vara tillräckligt känslig för att hämta det extradimensionella fingeravtrycket, sa Randall en framtida amerikansk-europeisk rymdsond som kallas Laserinterferometerns Rymdantenn, eller LISA, kan bara ha en chans.
Sundrum sa dock att den teoretiska kopplingen mellan extra dimensioner och kosmisk inflation ”ännu inte har träffat den robusta noten som du kan basera starka slutsatser på.”Dessutom är det inte klart exakt när LISA kan lanseras. Den nuvarande bästa gissningen är någon gång före året 2014.,
fånga gammablixtar
bara under de senaste veckorna har två andra fysiker föreslagit en annan väg för att testa Randall-Sundrum-teorin. Detta skulle innebära att använda en NASA-sond som heter Gamma-Ray Large Area Space Telescope, eller GLAST, som ska lanseras nästa år.,
i sin uppsats, publicerad online Maj 24 i tidskriften Physical Review D, Rutgers University Charles Keeton och Duke University Arlie Petters fokuserar på en viss typ av miniatyr svart hål som verkar förutsägas som en utväxt av den extradimensionella skevhet effekt.
” detta är något med massan av en asteroid, men det är mikroskopiskt i storlek”, berättade Petters MSNBC.com.
om de mini-svarta hålen finns, säger Keeton och Petters att GLAST ska registrera en karakteristisk ljusböjningseffekt eftersom det observerar utbrott av gammastrålar från avlägsna källor., Ett sådant experiment kan bevisa att brane-teorin kommer närmare sanningen än Einsteins relativitetsteori — och kan också ge vikt åt tanken att de mini-svarta hålen står för åtminstone en del av vårt universums mystiska mörka materia.
”om braneworld svarta hål bildar till och med 1 procent av den mörka materian i vår del av galaxen — ett försiktigt antagande — det borde finnas flera tusen braneworld svarta hål i vårt solsystem, säger Petters.
Randall och Sundrum berättade för MSNBC.,kom att de ursprungligen var skeptiska till de idéer som Keeton och Petters föreslog, men de granskar fortfarande detaljerna. För tillfället sa Sundrum att han var villig att ge forskarna fördelen med tvivel :” du ger dem mer rep, för om de har rätt, så är det fantastiskt fantastiskt.”
det viktiga är att fysiker faktiskt kommer med idéer för att testa hypoteser som verkade otestabla inte så länge sedan, berättade Keeton MSNBC.com.
”Vi föreslår ett nytt test av braneworld-modellen, men det är verkligen inte den enda möjligheten”, sa han., ”Detta passar in i den bredare bilden av samhället som försöker testa detta.”