Ο Braneworld αμφισβητεί τη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν. Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Οι επιστήμονες ενδιαφέρονται εδώ και χρόνια για την πιθανότητα ότι υπάρχουν πρόσθετες διαστάσεις πέρα από τις τρεις που μπορούμε να καταλάβουμε οι άνθρωποι. Τώρα ερευνητές από τα πανεπιστήμια του Duke και του Rutgers πιστεύουν ότι υπάρχει τρόπος να δοκιμάσουμε την πενταδιάστατη θεωρία (4 χωρικές διαστάσεις συν το χρόνο) της βαρύτητας που ανταγωνίζεται τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Αυτή η επιπλέον διάσταση θα πρέπει να έχει αποτελέσματα στο σύμπαν που είναι ανιχνεύσιμα από δορυφόρους που έχουν προγραμματιστεί να ξεκινήσουν τα επόμενα χρόνια.
Οι επιστήμονες στα πανεπιστήμια Duke και Rutgers έχουν αναπτύξει ένα μαθηματικό πλαίσιο που λένε ότι θα επιτρέψουν στους αστρονόμους να δοκιμάσουν μια νέα πενταδιάστατη θεωρία της βαρύτητας που ανταγωνίζεται τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Ο Charles R. Keeton του Rutgers και ο Arlie O. Petters of Duke βασίζουν το έργο τους σε μια πρόσφατη θεωρία που ονομάζεται μοντέλο βαρύτητας τύπου Randall-Sundrum braneworld. Η θεωρία υποστηρίζει ότι το ορατό σύμπαν είναι μια μεμβράνη (εξ ου και «braneworld») που είναι ενσωματωμένη μέσα σε ένα μεγαλύτερο σύμπαν, σαν ένα σκέλος από φιλμ φύκια που επιπλέουν στον ωκεανό. Το «σύμπαν braneworld» έχει πέντε διαστάσεις - τέσσερις χωρικές διαστάσεις συν το χρόνο - σε σύγκριση με τις τέσσερις διαστάσεις - τρεις χωρικές, συν το χρόνο - που ορίζονται στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.
Το πλαίσιο που αναπτύχθηκε από τους Keeton και Petters προβλέπει ορισμένες κοσμολογικές επιδράσεις που, αν παρατηρηθούν, θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να επικυρώσουν τη θεωρία του braneworld. Οι παρατηρήσεις, ανέφεραν, πρέπει να είναι δυνατές με τους δορυφόρους που έχουν προγραμματιστεί να ξεκινήσουν τα επόμενα χρόνια.
Εάν η θεωρία του braneworld αποδειχθεί αληθινή, «αυτό θα αναστατώσει το applecart», είπε ο Petters. «Θα επιβεβαιώσει ότι υπάρχει μια τέταρτη διάσταση στο διάστημα, η οποία θα δημιουργούσε μια φιλοσοφική αλλαγή στην κατανόηση του φυσικού κόσμου».
Τα ευρήματα των επιστημόνων εμφανίστηκαν στις 24 Μαΐου 2006, στην ηλεκτρονική έκδοση του περιοδικού Physical Review D. Ο Keeton είναι καθηγητής αστρονομίας και φυσικής στο Rutgers και ο Petters είναι καθηγητής μαθηματικών και φυσικής στο Duke. Η έρευνά τους χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.
Το μοντέλο Randall-Sundrum braneworld - που ονομάστηκε για τους δημιουργούς του, φυσικούς Lisa Randall του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ και Raman Sundrum του Πανεπιστημίου Johns Hopkins - παρέχει μια μαθηματική περιγραφή του πώς η βαρύτητα διαμορφώνει το σύμπαν που διαφέρει από την περιγραφή που προσφέρει η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.
Ο Keeton και ο Petters εστίασαν σε μια συγκεκριμένη βαρυτική συνέπεια της θεωρίας του braneworld που τη διακρίνει από τη θεωρία του Αϊνστάιν.
Η θεωρία του braneworld προβλέπει ότι σχετικά μικρές «μαύρες τρύπες» που δημιουργήθηκαν στο πρώιμο σύμπαν έχουν επιβιώσει μέχρι σήμερα. Οι μαύρες τρύπες, με μάζα παρόμοια με έναν μικροσκοπικό αστεροειδή, θα αποτελούσαν μέρος της «σκοτεινής ύλης» στο σύμπαν. Όπως υποδηλώνει το όνομα, η σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει ή αντανακλά το φως, αλλά ασκεί βαρυτική δύναμη.
Η γενική θεωρία της σχετικότητας, από την άλλη πλευρά, προβλέπει ότι τέτοιες αρχέγονες μαύρες τρύπες δεν υπάρχουν πλέον, όπως θα είχαν εξατμιστεί μέχρι τώρα.
«Όταν υπολογίσαμε πόσο μακριά θα μπορούσαν να είναι οι μαύρες τρύπες του πλανήτη από τη Γη, εκπλήξαμε όταν βρήκαμε ότι οι κοντινότερες θα βρισκόταν καλά στην τροχιά του Πλούτωνα», είπε ο Κέτον.
Ο Πέτερς πρόσθεσε, «Εάν οι μαύρες τρύπες του braneworld σχηματίζουν ακόμη και το 1 τοις εκατό της σκοτεινής ύλης στο μέρος μας του γαλαξία - μια προσεκτική υπόθεση - θα πρέπει να υπάρχουν αρκετές χιλιάδες μαύρες τρύπες braneworld στο ηλιακό μας σύστημα."
Υπάρχουν όμως πραγματικά οι μαύρες τρύπες του braneworld - και ως εκ τούτου αποτελούν στοιχεία για τη θεωρία του 5-D braneworld;
Οι επιστήμονες έδειξαν ότι θα πρέπει να είναι δυνατόν να απαντηθεί αυτό το ερώτημα παρατηρώντας τα αποτελέσματα που θα ασκούσαν οι μαύρες τρύπες του πλανήτη στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που ταξιδεύει στη Γη από άλλους γαλαξίες. Κάθε τέτοια ακτινοβολία που περνά κοντά σε μια μαύρη τρύπα θα επηρεάζεται από τις τεράστιες βαρυτικές δυνάμεις του αντικειμένου - ένα αποτέλεσμα που ονομάζεται «βαρυτικός φακός».
"Ένα καλό μέρος για να αναζητήσετε βαρυτικό φακό από μαύρες τρύπες του braneworld είναι σε εκρήξεις ακτίνων γάμμα που έρχονται στη Γη", δήλωσε ο Keeton. Αυτές οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα πιστεύεται ότι παράγονται από τεράστιες εκρήξεις σε όλο το σύμπαν. Τέτοιες εκρήξεις από το διάστημα ανακαλύφθηκαν ακούσια από την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ τη δεκαετία του 1960.
Ο Keeton και ο Petters υπολόγισαν ότι οι μαύρες τρύπες του braneworld θα παρεμπόδιζαν τις ακτίνες γάμμα με τον ίδιο τρόπο που ένας βράχος σε μια λίμνη εμποδίζει τους διερχόμενους κυματισμούς. Ο βράχος παράγει ένα «μοτίβο παρεμβολών» μετά την οποία μερικές κορυφές κυματισμού είναι υψηλότερες, μερικές γούρνες είναι βαθύτερες, και μερικές κορυφές και γούρνες ακυρώνονται μεταξύ τους. Το μοτίβο παρεμβολών φέρει την υπογραφή των χαρακτηριστικών τόσο του βράχου όσο και του νερού.
Παρομοίως, μια μαύρη τρύπα του braneworld θα παρήγαγε ένα μοτίβο παρεμβολών σε μια διερχόμενη έκρηξη ακτίνων γάμμα καθώς ταξιδεύουν στη Γη, ανέφεραν οι Keeton και Petters. Οι επιστήμονες προέβλεψαν τα προκύπτοντα φωτεινά και σκοτεινά περιθώρια στο μοτίβο παρεμβολών, το οποίο, σύμφωνα με τους ισχυρισμούς, παρέχει ένα μέσο συμπεράσματος των χαρακτηριστικών των μαύρων τρυπών του braneworld και, με τη σειρά του, του χώρου και του χρόνου.
«Ανακαλύψαμε ότι η υπογραφή μιας τέταρτης διάστασης του χώρου εμφανίζεται στα μοτίβα παρεμβολών», είπε ο Πέτερς. "Αυτή η επιπλέον χωρική διάσταση δημιουργεί μια συστολή μεταξύ των περιθωρίων σε σύγκριση με αυτό που θα έχετε στη Γενική Σχετικότητα."
Οι Petters και Keeton δήλωσαν ότι θα πρέπει να είναι δυνατή η μέτρηση των προβλεπόμενων προτύπων ακτίνων γάμμα χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο μεγάλης περιοχής ακτίνων γάμμα, το οποίο προγραμματίζεται να εκτοξευτεί σε διαστημικό σκάφος τον Αύγουστο του 2007. Το τηλεσκόπιο είναι μια κοινή προσπάθεια μεταξύ της NASA, της Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ και ιδρύματα στη Γαλλία, τη Γερμανία, την Ιαπωνία, την Ιταλία και τη Σουηδία.
Οι επιστήμονες δήλωσαν ότι η πρόβλεψή τους θα ισχύει για όλες τις μαύρες τρύπες του braneworld, είτε στο ηλιακό μας σύστημα είτε πέραν αυτού.
«Αν η θεωρία του braneworld είναι σωστή», είπαν, «θα πρέπει να υπάρχουν πολλές, πολύ περισσότερες μαύρες τρύπες braneworld σε όλο το σύμπαν, καθεμία από τις οποίες φέρει την υπογραφή μιας τέταρτης διάστασης του χώρου».
Αρχική πηγή: Πανεπιστήμιο Duke
