Braneworld udfordrer Einsteins generelle relativitet. Klik for at forstørre
Forskere har i mange år været fascinerede af muligheden for, at der er yderligere dimensioner ud over de tre, vi mennesker kan forstå. Nu mener forskere fra Duke og Rutgers universiteter, at der er en måde at teste for femdimensionel teori (4 rumlige dimensioner plus tid) af tyngdekraften, der konkurrerer med Einsteins generelle relativitetsteori. Denne ekstra dimension skal have effekter i kosmos, som kan detekteres af satellitter, der er planlagt at blive lanceret i de næste par år.
Forskere ved Duke og Rutgers universiteter har udviklet en matematisk ramme, som de siger, vil give astronomer mulighed for at teste en ny femdimensionel teori om tyngdekraft, der konkurrerer med Einsteins generelle relativitetsteori.
Charles R. Keeton fra Rutgers og Arlie O. Petters of Duke baserer deres arbejde på en nyere teori kaldet type II Randall-Sundrum braneworld gravitation model. Teorien hævder, at det synlige univers er en membran (deraf ”braneworld”) indlejret i et større univers, ligesom en streng af filmagtig tang svæver i havet. "Braneworld-universet" har fem dimensioner - fire rumlige dimensioner plus tid - sammenlignet med de fire dimensioner - tre rumlige, plus tid - beskrevet i den generelle relativitetsteori.
Rammerne Keeton og Petters har udviklet forudsiger visse kosmologiske effekter, der, hvis de observeres, skulle hjælpe forskere med at validere braneworld-teorien. Observationerne, sagde de, skulle være mulige med satellitter, der er planlagt til opsætning i de næste par år.
Hvis braneworld-teorien viser sig at være sand, "dette ville forstyrre applecart," sagde Petters. "Det ville bekræfte, at der er en fjerde dimension til rummet, som ville skabe et filosofisk skift i vores forståelse af den naturlige verden."
Forskernes fund blev vist 24. maj 2006 i onlineudgaven af tidsskriftet Physical Review D. Keeton er professor i astronomi og fysik ved Rutgers, og Petters er en matematik- og fysikprofessor ved Duke. Deres forskning er finansieret af National Science Foundation.
Randall-Sundrum braneworld-model - opkaldt efter dens ophavsmænd, fysikere Lisa Randall fra Harvard University og Raman Sundrum fra Johns Hopkins University - giver en matematisk beskrivelse af, hvordan tyngdekraften former universet, der adskiller sig fra beskrivelsen, der tilbydes af den generelle relativitetsteori.
Keeton og Petters fokuserede på en bestemt gravitationsmæssig konsekvens af braneworldteorien, der adskiller den fra Einsteins teori.
Braneworld-teorien forudsiger, at relativt små "sorte huller" skabt i det tidlige univers har overlevet til nutiden. De sorte huller, med masse, der ligner en lille asteroide, ville være en del af det ”mørke stof” i universet. Som navnet antyder udsender eller reflekterer mørkt stof ikke lys, men udøver en tyngdekraft.
Den generelle relativitetsteori forudsiger på den anden side, at sådanne oprindelige sorte huller ikke længere findes, som de ville have fordampet nu.
”Da vi estimerede, hvor langt braneworld sorte huller måtte være fra Jorden, blev vi overrasket over at finde ud af, at de nærmeste ville ligge godt inde i Plutos bane,” sagde Keeton.
Petters tilføjede, "Hvis sorte huller i braneworld endda danner 1 procent af det mørke stof i vores del af galaksen - en forsigtig antagelse - skulle der være flere tusinde sorte huller i braneworld i vores solsystem."
Men findes sorte huller i braneworld virkelig - og er derfor bevis for 5-D braneworld-teorien?
Forskerne viste, at det burde være muligt at besvare dette spørgsmål ved at observere de virkninger, som sorte huller i braneworld ville have på elektromagnetisk stråling, der rejser til Jorden fra andre galakser. Enhver sådan stråling, der passerer nær et sort hul, vil blive påvirket af objektets enorme gravitationskræfter - en effekt kaldet "gravitationslinsering."
”Et godt sted at kigge efter gravitationslinser ved sorte huller i braneworld er i udbrud af gammastråler, der kommer til Jorden,” sagde Keeton. Disse gamma-ray bursts menes at være produceret af enorme eksplosioner i hele universet. Sådanne bursts fra det ydre rum blev uforvarende opdaget af den amerikanske luftvåben i 1960'erne.
Keeton og Petters beregnet, at sorte huller i braneworld ville hindre gammastrålerne på samme måde som en klippe i en dam hindrer forbipasserende krusninger. Klippen producerer et ”interferensmønster” i dens kølvandet, hvor nogle ringtoppe er højere, nogle trugter er dybere, og nogle toppe og truger annullerer hinanden. Interferensmønsteret er underskrevet af egenskaberne ved både klippen og vandet.
Tilsvarende ville et sort braneworld sort hul producere et interferensmønster i en forbipasserende gammastråle, når de rejser til Jorden, sagde Keeton og Petters. Forskerne forudsagde de resulterende lyse og mørke "frynser" i interferensmønsteret, som de sagde giver et middel til at udlede egenskaber ved sorte huller i braneworld og til gengæld plads og tid.
”Vi opdagede, at underskriften på en fjerde dimension af rummet vises i interferensmønstrene,” sagde Petters. "Denne ekstra rumlige dimension skaber en sammentrækning mellem frynserne sammenlignet med hvad du får i Generel Relativitet."
Petters og Keeton sagde, at det skulle være muligt at måle de forudsagte gammastrålekantmønstre ved hjælp af Gamma-ray Large Area Space Telescope, som planlægges lanceret på et rumfartøj i august 2007. Teleskopet er en fælles indsats mellem NASA, Det amerikanske energiministerium og institutioner i Frankrig, Tyskland, Japan, Italien og Sverige.
Forskerne sagde, at deres forudsigelse ville gælde for alle sorte huller i braneworld, hvad enten det er i vores solsystem eller derover.
"Hvis braneworld teorien er korrekt," sagde de, "der skulle være mange, mange flere sorte huller i hele verden, der hver har underskrivelsen af en fjerde dimension i rummet."
Original kilde: Duke University
