Grawitacyjne fale: klucz do odkrycia nowych pomiarów?

Jeśli chcemy znaleźć dodatkowe pomiary w naszym Wszechświecie, to jest coś, o istnieniu czego nam próbuje wyjaśnić tak zwana Teoria strun, to powinniśmy zwrócić naszą uwagę na fale grawitacyjne. Bo to właśnie one mogą być kluczem do ich odkrycia, jak mówią fizycy.

Tak Właśnie można w skrócie opisać ideę nowej hipotezy, która próbuje znaleźć odpowiedź na нерешенную zagadkę fizyki: dlaczego grawitacja jest w rzeczywistości okazuje się słabszy niż inne fundamentalne siły naszego Wszechświata? Według nowej hipotezy, "wyciek" grawitacji prowadzi w inne wymiary, które nam jeszcze do odkrycia.

"Prawdopodobieństwo istnienia innych wymiarów omawiany już dość dawno temu i z zupełnie różnych punktów widzenia", — mówi Эмильян Дудас z Politechniki szkoły w Paryżu.

"fale Grawitacyjne, z kolei, mogą stać się kluczem do odkrycia tych dodatkowych wymiarów".

Teraz powszechnie akceptowanej jest pomysł o czterech wymiarach — trzech przestrzennych (długość, szerokość, wysokość) i jednego czasowego (czas). Jednak nasza wiedza o tym, jak zachowuje się materia w małych skalach, zawierają wiele luk, wypełnić które mogłyby dodatkowe sześć pomiarów. Tak mówi Teoria strun, zgodnie z którym wszystko we Wszechświecie można było by o wiele łatwiej zrozumieć i wytłumaczyć, gdybyśmy zgodzili się z pomysłem o istnieniu 10 pomiarów. Ponadto, Teoria strun jest postrzegana jako najbardziej prawdopodobnego sposobu wreszcie wypełnić luki między klasycznej i kwantowej fizykami, stając się podstawą dla przyszłej teorii kwantowej grawitacji.

Według tej teorii, najmniejsze cząstki materii, które jesteśmy w stanie wykryć, kwarki, w rzeczywistości mogą składać się z jeszcze mniejszych cząstek – jednowymiarowe włókien energii, swoim zachowaniem przypomina wibrujące struny. Te "struny" bardzo interesują naukowców z jednego prostego powodu. Istnieje opinia, że mogą zrobić coś, co nie jest w stanie zrobić nasza współczesna fizyka, a mianowicie: dokładnie opisać wszystkie znane nam najbardziej fundamentalne siły, w tym grawitacji, elektromagnetyzmu i siły jądrowe. Oni również są w stanie pomóc nam zrozumieć, dlaczego Wszechświat nadal się rozszerza. Jednak podstawowe (i chyba jedyna znacząca) problem polega na tym, że dla swojego matematycznego uzasadnienia (struny) wymagają co najmniej 10 pomiarów. I problem polega na tym, że dopóki nie zbliżył się nawet do tego, aby otworzyć jedno-jedyne dodatkowe.

Jednakże fizyki Gustavo Лусена-Gomez i David Андриот z Instytutu fizyki Maxa Plancka w Niemczech są przekonani, że nadzieja na odkrycie tych dodatkowych wymiarów mamy. I tej nadziei są fale grawitacyjne, dawno, dawno temu przewidywane wielkim Einsteina i dopiero niedawno potwierdzone przez współczesnych uczonych.

Grawitacyjne fale stały się jednym z najbardziej gorąco dyskutowanych tematów ubiegłego roku, kiedy fizyki z LIGO – dwóch wielkich obserwatoriów, znajdujących się w amerykańskich stanach Luizjana i Kalifornii – poinformowały o tym, że po raz pierwszy odkryli bezpośrednie dowody na istnienie tak zwanej fali woda przestrzeni-czasu, który około 100 lat temu przewidział Einstein. Te fale podróżują przez przestrzeń-czas się z prędkością światła i pojawiają się w wyniku jednych z najbardziej katastrofalnych zdarzeń we Wszechświecie, takich jak połączenie czarnych dziur lub wybuchy gwiazd. Są one w stanie przejść, a tym samym wpływać na wszystkie znane nam pomiaru we Wszechświecie i, najprawdopodobniej, nawet na te, które jeszcze nie są w stanie wykryć.

"Jeśli we Wszechświecie istnieją dodatkowe wymiary, to byłoby to logiczne założenie, że fale grawitacyjne będą istnieć we wszystkich tych wymiarach," — mówi Gomez.

Gomez i Андриот wyprowadzono model matematyczny, opisujący rzekome efekty oddziaływania fal grawitacyjnych na pomiary, zidentyfikowano dwa kluczowe czynniki. Po pierwsze, zdaniem badaczy, dodatkowe pomiary mogą wykazać się dzięki wysokiej częstotliwości falom grawitacyjnym. Po drugie, w różnych wymiarach fale grawitacyjne powinny w różny sposób wpływać na rozciąganie "tkaniny" Wszechświata.

Zdaniem naukowców, w pierwszym przypadku do wykrywania zajęło by dostępność sprzętu, tysiące razy bardziej czułego niż u tej samej LIGO.

"Nam jeszcze nie spotkałem астрофизические procesów, które tworzą fale grawitacyjne z częstotliwością znacznie powyżej 1000 Hz, więc, korzystając z odpowiedniego super i czułego detektora, możemy od razu zrozumieli, czego świadkiem jesteśmy. Określenie częstotliwości tego poziomu mogłoby wskazywać na otwarcie nowej fizyki".

A drugi przypadek wymaga od fizyków studia nieprawidłowych zmian we wpływie na przestrzeń-czas "zwykłych fal grawitacyjnych" (czyli tych, które możemy określić już teraz) i tych, które były by u fal grawitacyjnych z innych wymiarów.

"Deformacja przestrzeni-czasu był przedstawiony w określonym, отличительном od reszty postaci" — donoszą naukowcy.

Naukowy felietonista "Newsweeka" Hannah Osbourne bardziej optymistycznie patrzy na możliwość wykrycia dodatkowych pomiarów poprzez ich wpływ na fale grawitacyjne. Jej zdaniem, konieczne jest detektor z poziomem wrażliwości na raz trzech laboratoriów LIGO, pracujących jako całość. Osborne uważa, że "takie technologie będą dostępne już w niedalekiejprzyszłości".

Istnienie innych wymiarów może być tym samym odpowiedzią współczesnej fizyki, który tak długo i wytrwale szukają naukowcy. Inne miary mogą doprowadzić do stworzenia jednolitej teorii na temat Wszechświata, która примиряла bym teorii pola kwantowego z ogólnymi zasadami względności.

Opinia na temat prawdopodobieństwa istnienia dodatkowych wymiarów, podzielane przez wielu naukowców. Na przykład, fizyk-teoretyk Bobby Ачария z Królewskiego college London uważa, że Wszechświat jest o wiele trudniejsze, niż się wydaje na pierwszy rzut oka, i ukrywać się w niej może wszystko. On wierzy w dodatkowe pomiary, ale doskonale zdaje sobie sprawę, że obecny poziom technologii nie pozwala na ich odkryć.

"Do tworzenia i rozpowszechniania fal grawitacyjnych w inne miary konieczna obecność olbrzymich ilości energii. Nawet jeśli uda ci się utworzyć fale, które просочатся w inne wymiary, skala będzie tak mała, że częstotliwość fal grawitacyjnych w tym przypadku będzie bardzo wysoka, znacznie powyżej obecnych możliwości wykrywania detektora fal grawitacyjnych LIGO".