Braneworld izpodbija Einsteinovo splošno relativnost. Avtor slike: NASA. Kliknite za povečavo
Znanstvenike že leta zanima možnost, da obstajajo dodatne dimenzije, ki presegajo tri, ki jih ljudje lahko razumemo. Zdaj raziskovalci z univerz Duke in Rutgers menijo, da obstaja način za testiranje petdimenzionalne teorije (4 prostorske dimenzije in čas) gravitacije, ki tekmuje z Einsteinovo splošno teorijo relativnosti. Ta dodatna dimenzija bi morala imeti učinke v kozmosu, ki jih je mogoče zaznati s sateliti, ki naj bi bili izstreljeni v naslednjih nekaj letih.
Znanstveniki na univerzah Duke in Rutgers so razvili matematični okvir, za katerega pravijo, da bo astronomom omogočil, da preizkusijo novo petdimenzionalno teorijo gravitacije, ki tekmuje z Einsteinovo splošno teorijo relativnosti.
Charles R. Keeton iz Rutgersa in Arlie O. Petters iz Dukea svoje delo temeljita na nedavni teoriji, imenovani gravitacijski model Randall-Sundrum braneworld tipa II. Teorija pravi, da je vidno vesolje membrana (torej 'svet brane'), vgrajena v večje vesolje, podobno kot pramen filmske morske alge, ki plava v oceanu. 'Vesolje braneworld' ima pet razsežnosti - štiri prostorske dimenzije plus čas - v primerjavi s štirimi dimenzijami - tri prostorske plus čas -, ki so določene v splošni teoriji relativnosti.
Okvir, ki sta ga razvila Keeton in Petters, napoveduje določene kozmološke učinke, ki bi, če bi jih opazili, pomagali znanstvenikom potrditi teorijo sveta brane. Opazovanja bi po njihovem mnenju morala biti mogoča s sateliti, ki naj bi bili izstreljeni v naslednjih nekaj letih.
Če se teorija braneworlda izkaže za resnično, bi 'to razburilo jabolčni voziček,' je dejal Petters. 'To bi potrdilo, da obstaja 4. dimenzija v vesolje, kar bi ustvarilo filozofski premik v našem razumevanju naravnega sveta.'
Ugotovitve znanstvenikov so se pojavile 24. maja 2006 v spletni izdaji revije Physical Review D. Keeton je profesor astronomije in fizike na Rutgersu, Petters pa profesor matematike in fizike na Dukeu. Njihove raziskave financira Nacionalna znanstvena fundacija.
Model Randall-Sundrum braneworld – poimenovan po svojih začetnikah, fiziki Lisi Randall z univerze Harvard in Ramanu Sundrumu z univerze Johns Hopkins – ponuja matematični opis, kako gravitacija oblikuje vesolje, ki se razlikuje od opisa, ki ga ponuja Splošna teorija relativnosti.
Keeton in Petters sta se osredotočila na eno posebno gravitacijsko posledico teorije branesveta, ki jo razlikuje od Einsteinove teorije.
Teorija braneworld napoveduje, da so razmeroma majhne 'črne luknje', ustvarjene v zgodnjem vesolju, preživele do danes. Črne luknje z maso, podobno majhnemu asteroidu, bi bile del 'temne snovi' v vesolju. Kot že ime pove, temna snov ne oddaja ali odbija svetlobe, ampak izvaja gravitacijsko silo.
Splošna teorija relativnosti pa napoveduje, da takšne primordialne črne luknje ne obstajajo več, saj bi do zdaj izhlapele.
'Ko smo ocenili, kako daleč so lahko črne luknje sveta brane od Zemlje, smo bili presenečeni, ko smo ugotovili, da bi najbližje ležale dobro znotraj Plutonove orbite,' je dejal Keeton.
Petters je dodal: 'Če črne luknje v svetu brane tvorijo celo 1 odstotek temne snovi v našem delu galaksije - previdna domneva - bi moralo biti v našem sončnem sistemu več tisoč črnih lukenj sveta brane.'
Toda ali črne luknje sveta brane res obstajajo - in so zato dokaz za teorijo 5-D braneworld?
Znanstveniki so pokazali, da bi bilo mogoče odgovoriti na to vprašanje z opazovanjem učinkov, ki bi jih imele črne luknje sveta brane na elektromagnetno sevanje, ki potuje na Zemljo iz drugih galaksij. Na vsako takšno sevanje, ki prehaja v bližino črne luknje, bodo delovale ogromne gravitacijske sile predmeta - učinek, imenovan »gravitacijske leče«.
'Dober kraj za iskanje gravitacijskega leča s črnimi luknjami sveta brane so izbruhi gama žarkov, ki prihajajo na Zemljo,' je dejal Keeton. Menijo, da te izbruhe gama žarkov povzročijo ogromne eksplozije po vsem vesolju. Takšne izbruhe iz vesolja so v šestdesetih letih prejšnjega stoletja nehote odkrile ameriške letalske sile.
Keeton in Petters sta izračunala, da bi črne luknje sveta brane ovirali gama žarke na enak način, kot skala v ribniku ovira prehajajoče valovanje. Kamnina proizvede 'interferenčni vzorec', v katerem so nekateri vrhovi valovanja višji, nekatera korita so globlja, nekateri vrhovi in korita pa se medsebojno izničijo. Interferenčni vzorec nosi podpis značilnosti tako kamnin kot vode.
Podobno bi črna luknja sveta brane ustvarila interferenčni vzorec v prehodu izbruha gama žarkov, ko bi potovali na Zemljo, sta povedala Keeton in Petters. Znanstveniki so napovedali nastale svetle in temne 'obrobe' v interferenčnem vzorcu, za katerega so rekli, da zagotavlja sredstvo za sklepanje značilnosti črnih lukenj sveta brane in posledično prostora in časa.
'Odkrili smo, da se v interferenčnih vzorcih pojavlja podpis četrte dimenzije prostora,' je dejal Petters. 'Ta dodatna prostorska dimenzija ustvarja krčenje med robovi v primerjavi s tem, kar bi dobili v splošni relativnosti.'
Petters in Keeton sta dejala, da bi moralo biti mogoče izmeriti predvidene vzorce obrobja gama žarkov z uporabo vesoljskega teleskopa velikega območja gama žarkov, ki naj bi bil izstreljen na vesoljsko plovilo avgusta 2007. Teleskop je skupna prizadevanja NASA, Ministrstvo za energijo ZDA in institucije v Franciji, Nemčiji, na Japonskem, v Italiji in na Švedskem.
Znanstveniki so dejali, da bo njihova napoved veljala za vse črne luknje sveta brane, bodisi v našem sončnem sistemu ali zunaj njega.
'Če je teorija sveta brane pravilna,' so dejali, 'bi moralo biti po vsem vesolju veliko, veliko več črnih lukenj sveta brane, od katerih vsaka nosi podpis četrte dimenzije vesolja.'
Originalni vir: Univerza Duke