Jeśli chcemy znaleźć dodatkowe wymiary w naszym Wszechświecie, to znaczy których istnienie próbuje nam wyjaśnić tak zwana teoria strun, to powinniśmy zwrócić uwagę na fale grawitacyjne. Ponieważ mogą być kluczem do ich odkrycia, mówią fizycy.
W ten sposób można krótko opisać ideę nowej hipotezy, która próbuje znaleźć odpowiedź na nierozwiązaną tajemnicę fizyki: dlaczego grawitacja jest w rzeczywistości słabsza niż inne podstawowe siły naszego wszechświata? Zgodnie z nową hipotezą „wyciek” grawitacji prowadzi tylko do innych wymiarów, których jeszcze nie odkryliśmy.
„Możliwość innych wymiarów była dyskutowana od dłuższego czasu iz zupełnie innych punktów widzenia” - mówi Emilian Dudas z Ecole Polytechnique w Paryżu.
„Z kolei fale grawitacyjne mogą być kluczem do odkrycia tych dodatkowych wymiarów”.
Idea czterech wymiarów jest obecnie powszechnie akceptowana - trzech przestrzennych (długość, szerokość, wysokość) i jednego czasowego (czas). Jednak nasza wiedza o tym, jak materia zachowuje się w najmniejszych skalach, zawiera wiele luk, które mogłyby wypełnić dodatkowe sześć wymiarów. Taka jest opinia teorii strun, zgodnie z którą wszystko we Wszechświecie mogłoby być znacznie łatwiejsze do zrozumienia i wyjaśnienia, gdybyśmy zgodzili się z ideą istnienia 10 wymiarów. Ponadto teoria strun jest postrzegana jako najbardziej prawdopodobny sposób na ostateczne wypełnienie luki między fizyką klasyczną i kwantową, stając się podstawą przyszłej teorii grawitacji kwantowej.
Zgodnie z tą teorią najmniejsze cząsteczki materii, które możemy wykryć, kwarki, mogą w rzeczywistości składać się z jeszcze mniejszych cząstek - jednowymiarowych włókien energii, które zachowują się jak wibrujące struny. Naukowcy są bardzo zainteresowani tymi „strunami” z jednego prostego powodu. Uważa się, że będą w stanie zrobić to, czego nasza współczesna fizyka nie jest w stanie zrobić, a mianowicie dokładnie opisać wszystkie najbardziej podstawowe znane nam siły, w tym grawitację, elektromagnetyzm i siły jądrowe. Mogą również pomóc nam zrozumieć, dlaczego wszechświat wciąż się rozszerza. Jednak głównym (i być może jedynym istotnym) problemem jest to, że wymagają one co najmniej 10 wymiarów do matematycznego uzasadnienia. Kłopot w tym, że nawet się do tego nie zbliżyliśmyaby otworzyć jeden dodatkowy.
Niemniej jednak fizycy Gustavo Lucena-Gomez i David Andriot z Instytutu Fizyki im. Maxa Plancka w Niemczech są przekonani, że mamy nadzieję na odkrycie tych dodatkowych wymiarów. I tą nadzieją są fale grawitacyjne przepowiedziane dawno temu przez wielkiego Einsteina i dopiero niedawno potwierdzone przez współczesnych naukowców.
Fale grawitacyjne stały się jednym z najgorętszych tematów minionego roku, kiedy fizycy z LIGO - dwóch gigantycznych obserwatoriów zlokalizowanych w stanach Luizjany i Kalifornii - ogłosili po raz pierwszy, że odkryli bezpośredni dowód na istnienie tak zwanych zmarszczek czasoprzestrzeni, których jest około 100. lata temu przepowiedział Einstein. Fale te przemieszczają się w czasoprzestrzeni z prędkością światła i są wynikiem niektórych z najbardziej katastrofalnych wydarzeń we wszechświecie, takich jak łączenie się czarnych dziur lub eksplodujące gwiazdy. Są w stanie przejść, a tym samym wpłynąć na wszystkie znane nam wymiary we Wszechświecie i najprawdopodobniej nawet te, których jeszcze nie jesteśmy w stanie wykryć.
Film promocyjny:
„Jeśli we Wszechświecie istnieją dodatkowe wymiary, logiczne byłoby założenie, że fale grawitacyjne będą istniały we wszystkich tych wymiarach” - komentuje Gomez.
Gomez i Andriot opracowali model matematyczny opisujący przypuszczalny wpływ fal grawitacyjnych na pomiary i zidentyfikowali dwa kluczowe czynniki. Po pierwsze, zdaniem naukowców, dodatkowe wymiary mogą się ujawnić dzięki falom grawitacyjnym o wysokiej częstotliwości. Po drugie, w różnych wymiarach, fale grawitacyjne powinny mieć różny wpływ na rozciąganie „tkanki” Wszechświata.
Zdaniem naukowców w pierwszym przypadku detekcja wymagałaby sprzętu, który byłby tysiące razy bardziej czuły niż ten w tym samym LIGO.
„Nie zetknęliśmy się jeszcze z procesami astrofizycznymi, które tworzą fale grawitacyjne o częstotliwości znacznie wyższej niż 1000 Hz, dlatego z odpowiednim supermocnym i czułym detektorem od razu zrozumielibyśmy, czego jesteśmy świadkami. Określenie częstotliwości na takim poziomie mogłoby wskazywać na odkrycie nowej fizyki."
Drugi przypadek będzie wymagał od fizyków zbadania anomalnych zmian w oddziaływaniu na czasoprzestrzeń „zwykłych fal grawitacyjnych” (to znaczy tych, które możemy teraz określić) oraz tych, które miałyby fale grawitacyjne z innych wymiarów.
„Deformacja czasoprzestrzeni miałaby być przedstawiona w pewnej, charakterystycznej formie” - mówią naukowcy.
Felietonistka naukowa Newsweeka, Hannah Osborne, jest bardziej optymistycznie nastawiona do możliwości wykrycia dodatkowych wymiarów poprzez ich wpływ na fale grawitacyjne. Jej zdaniem potrzebny będzie detektor o czułości trzech laboratoriów LIGO jednocześnie, pracujący jako całość. Osborne uważa, że „takie technologie będą dostępne w najbliższej przyszłości”.
Istnienie innych wymiarów może być samą odpowiedzią współczesnej fizyki, której naukowcy poszukiwali tak długo i wytrwale. Inne pomiary mogą doprowadzić do stworzenia jednolitej teorii wszechświata, która pogodzi kwantową teorię pola z ogólnymi zasadami względności.
Wielu naukowców podziela opinię o prawdopodobieństwie istnienia dodatkowych wymiarów. Na przykład fizyk teoretyczny Bobby Acharia z King's College London uważa, że wszechświat jest znacznie bardziej złożony, niż się wydaje na pierwszy rzut oka i wszystko może się w nim ukryć. Wierzy w dodatkowe wymiary, ale doskonale zdaje sobie sprawę, że obecny poziom technologii nie pozwala na ich odkrycie.
„Aby tworzyć i redystrybuować fale grawitacyjne w innych wymiarach, będziesz potrzebować kolosalnej ilości energii. Nawet jeśli uda ci się stworzyć fale, które przenikają do innych wymiarów, skala będzie tak mała, że częstotliwość fal grawitacyjnych w tym przypadku będzie bardzo wysoka, znacznie wyższa niż obecne możliwości wykrywania fal grawitacyjnych LIGO”.
NIKOLAY KHIZHNYAK