Het bestuderen van zwaartekrachtgolven kan helpen bij het vinden van andere dimensies
Als er wel andere dimensies bestaan, dan manifesteren die zich door middel van zwaartekrachtgolven, zeggen natuurkundigen van het Duitse Max Planck Instituut.
Ze hebben berekeningen uitgevoerd die precies laten zien hoe zwaartekrachtsgolven zich zouden moeten gedragen als er echt andere dimensies in het universum bestaan. En ze stellen voor om een reeks experimenten uit te voeren die deze aannames zullen bewijzen of weerleggen.
De nieuwe hypothese biedt ook een oplossing voor een van de belangrijkste mysteries van de moderne natuurkunde: waarom de zwaartekracht zwakker is dan de rest van de fundamentele natuurkrachten. De nieuwe theorie suggereert dus dat zwaartekracht "lekt" naar andere dimensies die we nog niet hebben geregistreerd.
Natuurkundige Gustavo Lucena Gomez gelooft dat zwaartekrachtgolven de sleutel kunnen zijn om het universum te begrijpen
Volledig beeld
Promotie video:
Op het eerste gezicht lijkt het universum vrij logisch als het wordt bekeken in termen van vier dimensies: lengte, breedte en hoogte, evenals tijd. Theoretisch fysici hebben echter lang voorspeld dat er andere dimensies zouden kunnen zijn. Met name de beroemde snaartheorie gaat ervan uit dat er 10 dimensies zijn.
Deeltjesexperimenten tonen aan dat de zes dimensies die ontbreken in het traditionele model, zouden kunnen helpen om sommige processen beter te begrijpen.
Bovendien is de snaartheorie niet gemakkelijk van de hand te doen, omdat het een verzoening belooft tussen klassieke en kwantumfysica.
De snaartheorie suggereert dat quarks - de kleinste deeltjes die we kunnen detecteren - eigenlijk uit nog kleinere deeltjes bestaan - energiedeeltjes die eruitzien als trillende snaren.
Het zijn deze "snaren" die de aard van de krachten kunnen verklaren die fundamenteel zijn in het universum, maar die geen interpretatie hebben gekregen in de moderne fysica. Bijvoorbeeld zwaartekracht, elektromagnetisme en nucleaire interactie.
Het grootste probleem is dat de wiskundige beschrijving van "strings" ten minste 10 fysieke dimensies omvat. En de moderne wetenschap heeft nog geen enkele nieuwe dimensie kunnen vinden.
Nieuwe zoekopdrachten
Gustavo Lucena Gomez en David Andriot van het Max Planck Instituut voor Gravitatiefysica in Potsdam, Duitsland, brachten de theorie naar voren dat gravitatiegolven het bestaan van andere dimensies kunnen bewijzen.
Albert Einstein voorspelde het bestaan van deze golven, die de pulsatie van ruimte-tijd vertegenwoordigen. In 2015 werden ze gevonden door onderzoekers van het LIGO-project, waarvan de laboratoria in Louisiana en Californië zijn gevestigd.
Door Einstein voorspelde zwaartekrachtgolven werden geregistreerd in 2015 / California Institute of Technology
Zwaartekrachtgolven reizen met de snelheid van het licht door de ruimte-tijd, resulterend in explosies van sterren en versmeltingen van zwarte gaten.
Het is logisch om aan te nemen dat zwaartekrachtsgolven in alle dimensies in het universum voorkomen, legt Gomez uit.
Op basis van dit uitgangspunt hebben Gomez en Andriot een wiskundig model gemaakt dat beschrijft hoe andere metingen de zwaartekrachtgolven zouden moeten beïnvloeden.
Ten eerste geloven ze dat extra dimensies zich kunnen manifesteren door hoogfrequente gravitatiegolven. Ten tweede zouden zwaartekrachtgolven in verschillende dimensies verschillende effecten moeten hebben op het uitrekken van het "weefsel" van het heelal.
"Als er extra dimensies in ons universum zijn, kunnen ze ruimte-tijd rekken op een manier die gewone zwaartekrachtgolven niet kunnen", legt Gomez uit.
Om het eerste deel van de hypothese te testen, is zeer gevoelige apparatuur nodig. Duizenden keren nauwkeuriger dan LIGO-laboratoria, die zwaartekrachtgolven detecteerden.
Tegelijkertijd zal het met dergelijke apparatuur niet moeilijk zijn om ervoor te zorgen dat zwaartekrachtgolven met de vereiste frequentie zijn gevonden, benadrukken de auteurs van de studie, aangezien geen enkel bekend astrofysisch proces zwaartekrachtgolven met zo'n hoge frequentie kan uitzenden.
Als dergelijke golven worden gevonden, zal dat het begin zijn van een nieuw tijdperk in de natuurkunde, stellen Gomez en Andriot.
De tweede gewilde factor die het bestaan van andere dimensies zal bewijzen, is de zogenaamde "ademhalingsmodus" van zwaartekrachtgolven. Vanuit het oogpunt van de beschikbare metingen zouden sommige kenmerken van de beweging van zwaartekrachtgolven afwijkingen moeten lijken, zijn de auteurs van het onderzoek zeker.
De onderzoekers zijn van plan om ondersteuning te vragen aan laboratoria met LIGO-detectoren om hetzelfde deeltjesexperiment in realtime te observeren.
"In theorie vervormt de" ademhalingsmodus "de ruimte-tijd op een bepaalde manier, wat een duidelijk teken zal zijn van het bestaan van andere dimensies", aldus de auteurs van de werknota.
Bovendien zou de aanwezigheid van andere dimensies kunnen verklaren waarom zwaartekracht de meest fundamentele kracht in de natuur is. Als zwaartekracht in alle dimensies bestaat, moet het een zwakke kracht zijn, omdat we er maar een klein deel van zien - degene die bestaat in de vier dimensies die voor ons zichtbaar zijn, stellen de onderzoekers.
Het bestaan van andere dimensies is misschien wel de heilige graal van de moderne natuurkunde waar wetenschappers al zo lang en volhardend naar op zoek zijn. Andere metingen zouden kunnen leiden tot de creatie van een verenigde theorie van het universum, die de kwantumveldentheorie zou verzoenen met algemene principes van relativiteit.
In zo'n Universum zijn zowel antizwaartekracht als bewegingen met een snelheid groter dan de lichtsnelheid mogelijk.
Daarom is het bestuderen van de aard van zwaartekrachtgolven buitengewoon belangrijk, aldus Karla Lant, een columnist voor het futurisme.
