Wetenschappers van het Max Planck Institute for Gravitational Physics hebben geconcludeerd dat gravitatiegolven de afdruk moeten dragen van de extra dimensies van de ruimte die door snaartheorie worden voorspeld.
De 20e eeuw gaf de wereld twee grote fysische theorieën: de algemene relativiteitstheorie (GR) en de kwantummechanica. De eerste handelt over ruimte, tijd en zwaartekracht. Ze legt bijvoorbeeld uit waarom klokken op het aardoppervlak iets langzamer zullen lopen dan in een baan om de aarde. Met dergelijke functies moet rekening worden gehouden bij het maken van GPS- en GLONASS-systemen. De algemene relativiteitstheorie behandelt ook zwarte gaten en andere interessante dingen.
Kwantummechanica is de wetenschap van het gedrag van de kleinste bestanddelen van materie, zoals elektronen. Het werd de basis voor alle moderne elektronica, die ons computers, mobiele telefoons en in het algemeen alles wat slimmer is dan een gloeilamp heeft opgeleverd.
Deze twee theorieën hebben een ongelukkige fout: ze zijn onverenigbaar met elkaar. Als we ze op hetzelfde object toepassen, zegt de algemene relativiteitstheorie het ene, en de kwantummechanica zegt iets anders, en kan de tegenstrijdigheid op geen enkele manier worden geëlimineerd. Dit is in de praktijk niet zo belangrijk, omdat de effecten van de algemene relativiteitstheorie alleen merkbaar zijn voor zeer zware lichamen (planeten, sterren, zwarte gaten), en kwantumeffecten - voor zeer kleine (elementaire deeltjes). Maar natuurkundigen zijn al lang bezorgd over de onverenigbaarheid van de twee grootste fysische theorieën van onze tijd. Om deze reden zijn wetenschappers op zoek naar een completere theorie die de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie zal 'verzoenen', en die ook de micro- en macrokosmos zal beschrijven met behulp van uniforme wetten.
De bekendste kandidaat voor deze rol is de snaartheorie. Het laat echt zien hoe je de tegenstrijdigheid kunt elimineren en de twee theorieën kunt combineren. Maar het heeft zijn nadeel: in tegenstelling tot de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica zelf, tart het koppig experimentele verificatie. Natuurkundigen maken een bittere grap dat ze de snaartheorie zouden testen als ze een versneller ter grootte van een sterrenstelsel hadden.
Zoals David Andriot en Gustavo Lucena Gómez van het Duitse Max Planck Instituut voor Gravitatiefysica hebben ontdekt, is zo'n gigantische machine misschien niet nodig. Bevestiging van de snaartheorie kan worden verkregen door zwaartekrachtsgolven te observeren - een verbazingwekkend fenomeen dat lang door theoretici werd voorspeld, maar pas in 2015 experimenteel werd ontdekt.
Laten we niet vergeten dat sommige grandioze processen, bijvoorbeeld botsingen van zwarte gaten, het zwaartekrachtveld verstoren en golven erlangs lopen. Hieruit beginnen alle objecten die in de zwaartekrachtgolf worden gevangen, in de loop van de tijd een beetje mee te zwaaien. Deze fluctuaties zijn te klein om met het blote oog opgemerkt te worden. Bovendien worden ze in het gewone leven volledig geblokkeerd door trillingen van een auto die over straat rijdt of een kast die door een buurman wordt verplaatst. Maar speciaal voor deze doeleinden gemaakt, kunnen zeer gevoelige detectoren, diep onder de grond verborgen en extreem beschermd tegen alle externe trillingen, een zwaartekrachtgolf oppikken, wat twee jaar geleden voor het eerst gebeurde.
Maar het blijkt dat ze niet alleen dit resultaat kunnen geven. Volgens de bevindingen van Andrio en Gomez zou het observeren van zwaartekrachtgolven de snaartheorie kunnen ondersteunen. Het feit is dat, volgens deze theorie, de ruimte helemaal niet driedimensionaal is - het is negen-dimensionaal. We merken de zes extra afmetingen niet op omdat ze te klein zijn. De spiegel lijkt ons dus glad, hoewel het de moeite waard is om met een microscoop naar het oppervlak te kijken, en we zullen er hele "bergketens" en "kloven" op zien.
Promotie video:
Zwaartekrachtgolven, zoals de auteurs van het nieuwe werk laten zien, moeten deze extra dimensies 'voelen'. Als ze aanwezig zijn in zwaartekrachtgolven, zou een speciaal ritme moeten verschijnen, dat ze de "ademhalingsmodus" noemen. Als "ademhaling" wordt gedetecteerd door detectoren, dan is dit de eerste experimentele bevestiging van de snaartheorie. Bovendien zou een reeks hoogfrequente signalen moeten verschijnen, vergelijkbaar met verschillende plotselinge hoge tonen - een soort "geschreeuw" of "gepiep" die extra dimensies over zichzelf zullen aankondigen.
Zoals de auteurs van de studienota, ontbreekt het paar LIGO-detectoren aan de gevoeligheid om de "ademhalingsmodus" te detecteren. Maar in Italië wordt momenteel de derde detector, VIRGO, geüpgraded. Het zal in 2018 op volle capaciteit beginnen te werken, en dan zal misschien de 'ademhaling' van zwaartekrachtgolven worden geregistreerd. Wat betreft het tweede teken van aanvullende metingen - hoogfrequente signalen - hun waarneming vereist helaas de creatie van een nieuwe detector, aangezien de bestaande apparaten zijn ontworpen om laagfrequente en niet hoogfrequente signalen te bestuderen.
Een wetenschappelijk artikel met de resultaten van de studie werd gepubliceerd in de Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
