Om vi vill hitta ytterligare dimensioner i vårt universum, det vill säga den existens som den så kallade strängteorin försöker förklara för oss, bör vi rikta vår uppmärksamhet mot gravitationsvågor. Eftersom de kan vara nyckeln till deras upptäckt, säger fysiker.
Så här kan du kort beskriva idén om en ny hypotes som försöker hitta ett svar på fysikens olösta mysterium: varför är tyngdkraften faktiskt svagare än andra grundläggande krafter i vårt universum? Enligt den nya hypotesen leder tyngdkraften "läcka" bara till andra dimensioner som vi ännu inte har upptäckt.
"Möjligheten till andra dimensioner har diskuterats under ganska lång tid och från helt andra synpunkter," säger Emilian Dudas från Ecole Polytechnique i Paris.
"Gravitationsvågor i sin tur kan vara nyckeln till att upptäcka dessa extra dimensioner."
Idén om fyra dimensioner är nu allmänt accepterad - tre rumsliga (längd, bredd, höjd) och en temporär (tid). Men vår kunskap om hur materien beter sig på de minsta skalorna innehåller många luckor som ytterligare sex dimensioner kan fylla. Detta är stresteoriens åsikt, enligt vilket allt i universum kan vara mycket lättare att förstå och förklara om vi instämde i idén om att det finns 10 dimensioner. Dessutom ses String Theory som det mest troliga sättet att äntligen överbrygga klyftan mellan klassisk och kvantfysik, vilket blir grunden för den framtida teorin om kvanttyngd.
Enligt denna teori kan de minsta partiklarna av materia som vi kan upptäcka, kvarkar, faktiskt bestå av ännu mindre partiklar - endimensionella energifibrer som uppträder som vibrerande strängar. Forskare är mycket intresserade av dessa "strängar" av en enkel anledning. Det tros att de kommer att kunna göra det som vår moderna fysik inte kan göra, nämligen: exakt beskriva de mest grundläggande krafter som vi känner, inklusive tyngdkraft, elektromagnetism och kärnkrafter. De kan också hjälpa oss att förstå varför universumet fortfarande expanderar. Det huvudsakliga (och kanske det enda betydelsefulla) problemet är dock att de (strängar) kräver minst 10 dimensioner för deras matematiska motivering. Och problemet är att vi inte ens har kommit näraför att öppna en enda ytterligare.
Ändå är fysikerna Gustavo Lucena-Gomez och David Andriot från Max Planck Institute for Physics i Tyskland övertygade om att vi har hopp om upptäckten av dessa extra dimensioner. Och detta hopp är gravitationsvågorna som förutses för länge sedan av den stora Einstein och som nyligen bekräftats av moderna forskare.
Gravitationsvågor blev ett av de hetaste ämnena under det gångna året, då fysiker vid LIGO - två jätteobservatorier belägna i de amerikanska delstaterna Louisiana och Kalifornien - meddelade för första gången att de hade upptäckt direkta bevis för att det finns så kallade ringar i rymdtid, som är cirka 100 år sedan förutspådd av Einstein. Dessa vågor reser genom rymdtid med ljusets hastighet och är resultatet av några av de mest katastrofala händelserna i universum, till exempel sammanslagning av svarta hål eller exploderande stjärnor. De kan passera och därmed påverka alla dimensioner som vi känner till i universum och, sannolikt, även de som vi ännu inte kan upptäcka.
Kampanjvideo:
"Om det finns ytterligare dimensioner i universum, skulle det vara logiskt att anta att gravitationsvågor kommer att finnas i alla dessa dimensioner," kommenterar Gomez.
Gomez och Andriot utvecklade en matematisk modell som beskrev de tänkta effekterna av gravitationsvågor på mätningar och identifierade två viktiga faktorer. Först, enligt forskarna, kan extra dimensioner manifestera sig tack vare högfrekventa gravitationsvågor. För det andra borde gravitationsvågor i olika dimensioner ha olika effekter på sträckningen av universums "vävnad".
Enligt forskarna i det första fallet skulle detektion kräva utrustning som är tusentals gånger mer känslig än den för samma LIGO.
”Vi har ännu inte stött på astrofysiska processer som skapar gravitationsvågor med en frekvens som är mycket högre än 1000 Hz, därför skulle vi med en lämplig superkraftig och känslig detektor omedelbart förstå vad vi bevittnar. Bestämning av frekvenser på en sådan nivå skulle kunna leda till upptäckten av ny fysik."
Och det andra fallet kommer att kräva att fysiker studerar anomala förändringar i påverkan på rymdtiden för "vanliga gravitationsvågor" (det vill säga de som vi kan bestämma nu) och de som skulle ha haft gravitationsvågor från andra dimensioner.
"Deformation av rymdtid skulle presenteras i en viss, distinkt form", säger forskarna.
Newsweek vetenskapskolumnist Hannah Osborne är mer optimistisk om möjligheten att upptäcka ytterligare dimensioner genom deras inflytande på gravitationsvågor. Enligt hennes åsikt krävs en detektor med känslighetsnivån för tre LIGO-laboratorier samtidigt som fungerar som en helhet. Osborne tror att "sådan teknik kommer att bli tillgänglig inom en snar framtid."
Förekomsten av andra dimensioner kan vara själva svaret på modern fysik, som forskare har sökt så länge och ihållande. Andra mätningar kan leda till skapandet av en enhetlig teori om universum, som skulle förena kvantfältteori med allmänna relativitetsprinciper.
Uppfattningen om sannolikheten för att det finns extra dimensioner delas av många forskare. Till exempel tror teoretisk fysiker Bobby Acharia från King's College London att universum är mycket mer komplexa än det verkar vid första anblicken, och allt kan gömma sig i det. Han tror på ytterligare dimensioner, men är väl medveten om att den nuvarande teknologinivån inte tillåter att de upptäcks.
”För att skapa och distribuera gravitationsvågor till andra dimensioner behöver du en kolossal mängd energi. Även om du lyckas skapa vågor som sipprar in i andra dimensioner, kommer skalan att vara så liten att frekvensen för gravitationsvågor i detta fall kommer att vara mycket hög, mycket högre än den nuvarande detektionsförmågan hos LIGO gravitationsvågdetektor."
NIKOLAY KHIZHNYAK
