Braneworld haastaa Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian. Klikkaa suurentaaksesi
Tutkijoita on ollut kiinnostunut vuosien ajan mahdollisuudesta, että niiden ulottuvuuksien lisäksi, joita ihmiset ymmärtävät, on ylimääräisiä ulottuvuuksia. Nyt Duke- ja Rutgers-yliopistojen tutkijat ajattelevat, että on olemassa tapa testata viiden ulottuvuuden teoriaa (4 avaruudellista ulottuvuutta plus aika), joka kilpailee Einsteinin yleisen relatiivisuuden teorian kanssa. Tällä ylimääräisellä ulottuvuudella tulisi olla vaikutuksia kosmossa, jonka satelliitit voivat havaita seuraavien vuosien aikana.
Duke- ja Rutgers-yliopistojen tutkijat ovat kehittäneet matemaattisen viitekehyksen, jonka mukaan niiden avulla tähtitieteilijät voivat testata uuden viiden ulottuvuuden painovoimateorian, joka kilpailee Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian kanssa.
Rutgersin Charles R. Keeton ja Duke Arlie O. Petters perustavat työnsä viimeaikaiseen teoriaan, nimeltään tyypin II Randall-Sundrumin braneworld-painovoimamalliin. Teorian mukaan näkyvä maailmankaikkeus on kalvo (siis ”braneworld”), joka on upotettu suurempaan universumiin, aivan kuin merilevä juoste, joka kelluu meressä. ”Braneworld-maailmankaikkeudella” on viisi ulottuvuutta - neljä tilaulottuvuutta plus aika - verrattuna suhteellisuusteoriassa esitettyihin neljään ulottuvuuteen - kolme alueellista, plus aika.
Keetonin ja Pettersin kehittämä kehys ennustaa tiettyjä kosmologisia vaikutuksia, joiden havaitsemisen pitäisi auttaa tutkijoita validoimaan braneworld-teoria. Havaintojen tulisi heidän mukaansa olla mahdollista satelliittien avulla, joiden on määrä käynnistyä lähivuosina.
Jos braneworld-teoria osoittautuu totta, ”tämä häiritsisi omenavaunua”, Petters sanoi. "Se vahvistaisi, että avaruudessa on neljäs ulottuvuus, mikä luo filosofisen muutoksen ymmärryksessämme luonnomaailmasta."
Tutkijoiden havainnot ilmestyivät 24. toukokuuta 2006 Physical Review -lehden verkkolehdessä. D. Keeton on Rutgersin tähtitieteen ja fysiikan professori, ja Petters on Duken matematiikan ja fysiikan professori. Heidän tutkimustaan rahoittaa Kansallinen tiedesäätiö.
Randall-Sundrumin braneworld-malli - nimeltään sen perustajille, fyysikoille Lisa Randallille Harvardin yliopistosta ja Raman Sundrum Johns Hopkins Universitystä - tarjoaa matemaattisen kuvan siitä, kuinka painovoima muodostaa maailmankaikkeuden, mikä eroaa suhteellisuusteorian tarjoamasta kuvauksesta.
Keeton ja Petters keskittyivät yhteen braneworld-teorian tiettyyn gravitaatiovaikutukseen, joka erottaa sen Einsteinin teoriasta.
Braneworld-teoria ennustaa, että varhaisessa universumissa luodut suhteellisen pienet ”mustat aukot” ovat säilyneet nykypäivään. Mustat aukot, joiden massa on samanlainen kuin pieni asteroidi, olisivat osa maailmankaikkeuden ”pimeää ainetta”. Kuten nimestä voi päätellä, tumma aine ei säteile tai heijasta valoa, vaan antaa gravitaatiovoiman.
Toisaalta yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, että sellaisia alkeellisia mustia reikiä ei enää ole, koska ne olisivat jo nyt haihtuneet.
"Arvioidessamme kuinka kaukana braneworldin mustat aukot voivat olla maapallosta, huomasimme yllätykseni, että lähimmät reikät sijaitsevat hyvin Pluton kiertoradalla", Keeton kertoi.
Petters lisäsi: "Jos braneworldin mustat aukot muodostavat jopa yhden prosentin galaksin pimeästä aineesta - varovainen oletus - aurinkojärjestelmässämme pitäisi olla useita tuhansia braneworldin mustia reikiä."
Mutta ovatko braneworldin mustia aukkoja todella olemassa - ja siksi ne todistavat 5-D braneworld-teoriaa?
Tutkijat osoittivat, että tähän kysymykseen olisi voitava vastata tarkkailemalla vaikutuksia, joita braneworld-mustien reikien aiheuttama sähkömagneettinen säteily säteilee maapalloa muista galakseista. Jokainen tällainen säteily, joka kulkee mustan aukon lähellä, reagoi esineen valtaviin gravitaatiovoimiin - vaikutukseen, jota kutsutaan ”gravitaatiolinssiksi”.
"Hyvä paikka etsiä braneworldin mustien reikien painovoimaobjektiivia on maapallon tulevien gammasäteiden purskeilla", Keeton sanoi. Näiden gammasäteilypurskeiden uskotaan tuottavan valtavia räjähdyksiä koko maailmankaikkeudessa. USA: n ilmavoimat havaitsivat vahingossa tällaiset avaruudesta tulevat purskeet 1960-luvulla.
Keeton ja Petters laskivat, että braneworldin mustat aukot estäisivät gammasäteitä samalla tavalla kuin lammen kallio estää läpivientejä. Kivi tuottaa sen jälkeen ”häiriökuvion”, jossa jotkut aaltohuiput ovat korkeammat, jotkut kouruet ovat syvempiä ja toiset huiput ja kouru poistavat toisiaan. Häiriökuviossa on merkki sekä kallion että veden ominaisuuksista.
Samoin braneworldin musta reikä tuottaisi häiriökuvion gammasäteiden ohituspurskeessa heidän matkustessaan Maahan, keeton ja petters sanoivat. Tutkijat ennustivat tuloksena olevat kirkkaat ja tummat “reunat” häiriökuviossa, joka heidän mukaansa tarjoaa keinon päätellä braneworldin mustien reikien ja vuorostaan tilan ja ajan ominaisuuksia.
"Huomasimme, että avaruuden neljännen ulottuvuuden allekirjoitus näkyy häiriökuvioissa", Petters sanoi. "Tämä ylimääräinen avaruusulottuvuus luo supistumisen reunojen välillä verrattuna siihen, minkä saisit yleisessä suhteellisuudessa."
Pettersin ja Keetonin mukaan ennustettujen gammasäteilykuvioiden pitäisi olla mahdollista mitata Gamma-ray-laaja-avaruus teleskoopilla, jonka on tarkoitus käynnistää avaruusaluksella elokuussa 2007. Teleskooppi on NASA: n, Yhdysvaltain energiaministeriö ja laitokset Ranskassa, Saksassa, Japanissa, Italiassa ja Ruotsissa.
Tutkijat sanoivat, että heidän ennusteensa koskisi kaikkia braneworldin mustia reikiä, olipa aurinkokuntamme sisällä tai sen ulkopuolella.
"Jos braneworld-teoria on oikea", he sanoivat, "kaikkialla maailmankaikkeudessa tulisi olla paljon, paljon enemmän braneworld-mustia aukkoja, joista jokaisella on avaruuden neljännen ulottuvuuden allekirjoitus."
Alkuperäinen lähde: Duke University
