Forskare vid Max Planck Institute for Gravitational Physics har kommit fram till att gravitationsvågor måste bära avtrycket av de extra dimensioner av rymden som förutses av strängteori.
1900-talet gav världen två stora fysiska teorier - den allmänna relativitetsteorin (GR) och kvantmekanik. Den första handlar om rymd, tid och tyngdkraft. Till exempel förklarar hon varför klockor kommer att gå något långsammare på jordens yta än i bana. Sådana funktioner måste beaktas när du skapar GPS- och GLONASS-system. Allmän relativitet behandlar också svarta hål och andra intressanta saker.
Kvantmekanik är vetenskapen om beteendet hos de minsta beståndsdelarna i materien, till exempel elektroner. Det blev grunden för all modern elektronik som gav oss datorer, mobiltelefoner och i allmänhet allt som är smartare än en glödlampa.
Dessa två teorier har en olycklig brist: de är oförenliga med varandra. Om vi tillämpar dem på samma objekt, säger allmän relativitet en sak, och kvantmekanik säger en annan, och motsägelsen kan inte elimineras på något sätt. Detta är inte så viktigt i praktiken, eftersom effekterna av allmän relativitet är märkbara endast för mycket massiva kroppar (planeter, stjärnor, svarta hål) och kvanteffekter - för mycket små (elementära partiklar). Men fysiker har länge varit bekymrade över oförenligheten med de två största fysiska teorierna i vår tid. Av denna anledning söker forskare efter en mer fullständig teori som kommer att "förena" kvantmekanik och allmän relativitet och också kommer att beskriva mikro- och makrokosmos med enhetliga lagar.
Den mest kända kandidaten för denna roll är strängteori. Det visar verkligen hur du kan eliminera motsägelsen och kombinera de två teorierna. Men det har sin nackdel: till skillnad från den allmänna relativiteten och kvantmekaniken själva, trotsar den envisa experimentell verifiering. Fysiker skämter bittert att de skulle testa strängteori om de hade en accelerator på storleken på en galax.
Som David Andriot och Gustavo Lucena Gómez från Tysklands Max Planck Institute for Gravitational Physics har fått reda på, kanske en sådan jättemaskin inte behövs. Bekräftelse av strängteori kan erhållas genom att observera gravitationsvågor - ett fantastiskt fenomen som länge förutses av teoretiker, men experimentellt upptäcktes först 2015.
Låt oss komma ihåg att vissa grandiosa processer, till exempel kollisioner av svarta hål, stör gravitationsfältet och vågorna löper längs det. Från detta börjar alla föremål som fångats i gravitationsvågen svänga något med den i tid. Dessa svängningar är för små för att märkas med blotta ögat. I det vanliga livet är de dessutom helt blockerade av vibrationer från en bil som kör längs gatan eller ett skåp som flyttas av en granne. Men speciellt skapade för dessa ändamål, mycket känsliga detektorer, dolda djupt under jord och extremt skyddade från alla främmande vibrationer, kan ta upp en gravitationsvåg, som hände för första gången för två år sedan.
Men som det visar sig kan de inte bara ge detta resultat. Enligt Andrio och Gomezs slutsatser kunde observation av gravitationsvågor stödja strängteori. Faktum är att utrymme enligt denna teori inte alls är tredimensionellt - det är nio-dimensionellt. Vi märker inte de sex extra dimensionerna eftersom de är för små. Så spegeln verkar för oss smidig, även om det är värt att titta på dess yta genom ett mikroskop, och vi kommer att se hela "bergskedjor" och "raviner" på den.
Kampanjvideo:
Såsom författarna till det nya arbetet visar gravitationella vågor måste "känna" dessa ytterligare dimensioner. Om de är närvarande i gravitationella vågor, bör en speciell rytm dyka upp, som de kallar "andningsläget". Om "andning" upptäcks av detektorer, kommer detta att vara den första experimentella bekräftelsen av strängteorin. Dessutom bör en uppsättning högfrekventa signaler visas, liknande flera plötsliga högt tonade ljud - ett slags "skrik" eller "skrik" som ytterligare dimensioner kommer att berätta om sig själva.
Som författarna till studien noterar, saknar paret av LIGO-detektorer känsligheten för att upptäcka "andningsläget". Men i Italien uppgraderas den tredje detektorn, VIRGO, för närvarande. Den kommer att börja arbeta med full kapacitet under 2018, och då kanske "andning" av gravitationsvågor registreras. När det gäller det andra tecknet på ytterligare mätningar - högfrekvenssignaler - kräver deras observationer, tyvärr, en ny detektor, eftersom de befintliga enheterna är utformade för att studera lågfrekventa och inte högfrekventa signaler.
En vetenskaplig artikel med resultaten från studien publicerades i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
