Znanstveniki z Inštituta za gravitacijsko fiziko Max Planck so ugotovili, da morajo gravitacijski valovi nositi odtis dodatnih dimenzij prostora, ki jih predvideva teorija strun.
20. stoletje je svetu dalo dve veliki fizikalni teoriji - splošno teorijo relativnosti (GR) in kvantno mehaniko. Prva se ukvarja s prostorom, časom in gravitacijo. Na primer, pojasni, zakaj bodo ure na površju Zemlje tekle nekoliko počasneje kot v orbiti. Takšne lastnosti je treba upoštevati pri ustvarjanju sistemov GPS in GLONASS. Splošna relativnost se ukvarja tudi s črnimi luknjami in drugimi zanimivimi stvarmi.
Kvantna mehanika je veda o obnašanju najmanjših sestavin snovi, kot so elektroni. Postal je osnova za vso sodobno elektroniko, ki nam je dala računalnike, mobilne telefone in na splošno vse, kar je pametnejše od žarnice.
Ti dve teoriji imata nesrečno pomanjkljivost: med seboj sta nezdružljivi. Če jih uporabimo za isti objekt, potem splošna relativnost pove eno, kvantna mehanika pa drugo, nasprotja pa ni mogoče na noben način odpraviti. To v praksi ni tako pomembno, saj so učinki splošne relativnosti opazni le za zelo masivna telesa (planete, zvezde, črne luknje), kvantne učinke pa za zelo majhne (elementarne delce). Toda fiziki že dolgo skrbijo o nezdružljivosti dveh največjih fizičnih teorij našega časa. Zaradi tega znanstveniki iščejo popolnejšo teorijo, ki bo "uskladila" kvantno mehaniko in splošno relativnost ter opisala tudi mikro- in makrokozmos z uporabo enotnih zakonov.
Najbolj znan kandidat za to vlogo je teorija strun. Resnično kaže, kako lahko odpravite protislovje in združite obe teoriji. Vendar ima svojo pomanjkljivost: za razliko od splošne relativnosti in same kvantne mehanike trmasto kljubuje eksperimentalnemu preverjanju. Fiziki se grozno šalijo, da bi preizkusili teorijo strun, če bi imeli pospeševalnik velikosti galaksije.
Kot sta ugotovila David Andriot in Gustavo Lucena Gómez iz nemškega Inštituta za gravitacijsko fiziko Maxa Plancka, tak velikanski stroj morda ne bo potreben. Potrditev teorije strun je mogoče dobiti z opazovanjem gravitacijskih valov - neverjeten pojav, ki so ga teoretiki že dolgo napovedovali, a eksperimentalno odkriti šele leta 2015.
Spomnimo se, da nekateri grandiozni procesi, na primer trki črnih lukenj, motijo gravitacijsko polje in valovi tečejo po njem. Od tega se vsi predmeti, ujeti v gravitacijskem valu, s časom začnejo rahlo sijati z njim. Ta nihanja so premajhna, da bi jih bilo mogoče opaziti s prostim očesom. Poleg tega jih v običajnem življenju popolnoma blokirajo vibracije iz avtomobila, ki vozi po ulici ali kabineta, ki ga je premikal sosed. Toda posebej za te namene zelo občutljivi detektorji, skriti globoko pod zemljo in izredno zaščiteni pred vsemi tujimi vibracijami, lahko poberejo gravitacijski val, ki se je prvič zgodil pred dvema letoma.
Toda kot kaže, so sposobni dati ne le ta rezultat. Po ugotovitvah Andrio in Gomeza bi lahko opazovanje gravitacijskih valov podprlo teorijo strun. Dejstvo je, da po tej teoriji prostor sploh ni tridimenzionalen - je devetdimenzionalen. Šest dodatnih dimenzij ne opazimo, ker so premajhne. Zdi se nam ogledalo gladko, čeprav je vredno pogledati njegovo površino z mikroskopom in na njem bomo videli cele “gorske verige” in “soteske”.
Promocijski video:
Gravitacijski valovi, kot kažejo avtorji novega dela, morajo "občutiti" te dodatne dimenzije. Če so prisotni v gravitacijskih valovih, se mora pojaviti poseben ritem, ki mu pravijo "način dihanja". Če "dihanje" zaznajo detektorji, bo to prva eksperimentalna potrditev teorije strun. Poleg tega naj bi se pojavil nabor visokofrekvenčnih signalov, podoben več nenadnim visokim zvokom - nekakšen "krik" ali "škripanje", ki ga bodo dodatne dimenzije napovedale same.
Kot ugotavljajo avtorji študije, par detektorjev LIGO nima občutljivosti za zaznavanje "načina dihanja". Toda v Italiji je tretji detektor VIRGO trenutno nadgrajen. S polno zmogljivostjo bo začel delovati leta 2018 in takrat bo morda posneto "dihanje" gravitacijskih valov. Kar se tiče drugega znaka dodatnih meritev - visokofrekvenčnih signalov - za njihovo opazovanje, žal, je potrebna izdelava novega detektorja, saj so obstoječe naprave zasnovane za preučevanje nizkofrekvenčnih in ne visokofrekvenčnih signalov.
Znanstveni članek z rezultati študije je bil objavljen v Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
