Braneworld utfordrer Einsteins generelle relativitet. Klikk for å forstørre
Forskere har vært fascinert i årevis om muligheten for at det er flere dimensjoner utover de tre vi mennesker kan forstå. Nå tror forskere fra Duke og Rutgers universiteter at det er en måte å teste for femdimensjonal teori (4 romlige dimensjoner pluss tid) av tyngdekraften som konkurrerer med Einsteins generelle teori om relativitet. Denne ekstra dimensjonen skal ha effekter i kosmos som kan påvises av satellitter som er planlagt å starte i løpet av de neste årene.
Forskere ved Duke og Rutgers universiteter har utviklet et matematisk rammeverk som de sier vil gjøre det mulig for astronomer å teste en ny femdimensjonal teori om tyngdekraft som konkurrerer med Einsteins generelle teori om relativitet.
Charles R. Keeton fra Rutgers og Arlie O. Petters of Duke baserer arbeidet sitt på en nyere teori kalt typen II Randall-Sundrum braneworld gravity model. Teorien hevder at det synlige universet er en membran (derav "braneworld") innebygd i et større univers, omtrent som en streng filmig tang som flyter i havet. "Braneworld-universet" har fem dimensjoner - fire romlige dimensjoner pluss tid - sammenlignet med de fire dimensjonene - tre romlige, pluss tid - lagt opp i den generelle relativitetsteorien.
Rammeverket Keeton og Petters utviklet forutsier visse kosmologiske effekter som, hvis observert, skulle hjelpe forskere til å validere braneworld-teorien. Observasjonene, sa de, burde være mulig med satellitter som er planlagt å starte i løpet av de neste årene.
Hvis braneworld-teorien viser seg å være sant, "vil dette forstyrre applikasjonen," sa Petters. "Det vil bekrefte at det er en fjerde dimensjon til rommet, noe som vil skape et filosofisk skifte i vår forståelse av den naturlige verden."
Forskernes funn dukket opp 24. mai 2006 i nettutgaven av tidsskriftet Physical Review D. Keeton er professor i astronomi og fysikk ved Rutgers, og Petters er matematikk- og fysikkprofessor ved Duke. Forskningen deres er finansiert av National Science Foundation.
Randall-Sundrum braneworld-modell - oppkalt etter sine opphavsmenn, fysikere Lisa Randall fra Harvard University og Raman Sundrum fra Johns Hopkins University - gir en matematisk beskrivelse av hvordan tyngdekraften former universet som skiller seg fra beskrivelsen som tilbys av General Theory of Relativity.
Keeton og Petters fokuserte på en bestemt gravitasjonskonsekvens av braneworld-teorien som skiller den fra Einsteins teori.
Braneworld-teorien spår at relativt små "sorte hull" opprettet i det tidlige universet har overlevd til i dag. De svarte hullene, med masse som tilsvarer en bitteliten asteroide, ville være en del av den ”mørke materien” i universet. Som navnet antyder, avgir eller reflekterer ikke mørk materie lys, men utøver en tyngdekraft.
Den generelle relativitetsteorien spår derimot at slike urbefolkningssorte hull ikke lenger eksisterer, som de ville ha fordampet nå.
"Da vi estimerte hvor langt sorte hull i braneworld kunne være fra Jorden, var vi overrasket over å finne at de nærmeste ville ligge godt inne i Plutos bane," sa Keeton.
Petters la til, "Hvis braneworld sorte hull danner til og med 1 prosent av den mørke saken i vår del av galaksen - en forsiktig antakelse - bør det være flere tusen braneworld sorte hull i solsystemet vårt."
Men eksisterer virkelig braneworld sorte hull - og står derfor som bevis for 5-D braneworld-teorien?
Forskerne viste at det burde være mulig å svare på dette spørsmålet ved å observere virkningene som sorte hull i braneworld ville utøve på elektromagnetisk stråling som reiser til jorden fra andre galakser. Enhver slik stråling som passerer nær et svart hull vil bli utøvd av gjenstandens enorme gravitasjonskrefter - en effekt som kalles "gravitasjonslinsing."
Keeton sa: "Et godt sted å lete etter gravitasjonslinser fra svarte hull i braneworld er i utbrudd av gammastråler som kommer til Jorden. Disse gamma-ray bursts antas å være produsert av enorme eksplosjoner i hele universet. Slike utbrudd fra det ytre rom ble utilsiktet oppdaget av det amerikanske flyvåpenet på 1960-tallet.
Keeton og Petters beregnet at sorte hull i braneworld ville hindre gammastrålene på samme måte som en stein i et tjern hindrer forbipasserende krusninger. Bergarten produserer et “interferensmønster” i kjølvannet der noen rippeltopper er høyere, noen renner er dypere, og noen topper og renner avbryter hverandre. Interferensmønsteret har signaturen til egenskapene til både bergarten og vannet.
Tilsvarende ville et svart hull i braneworld produsere et interferensmønster i en forbipasserende gammastråle når de reiser til jorden, sa Keeton og Petters. Forskerne spådde de resulterende lyse og mørke "frynser" i interferensmønsteret, som de sa gir et middel til å utlede egenskaper ved braneworld sorte hull og i sin tur av rom og tid.
"Vi oppdaget at signaturen til en fjerde dimensjon av rommet vises i interferensmønstrene," sa Petters. "Denne ekstra romlige dimensjonen skaper en sammentrekning mellom frynsene sammenlignet med hva du ville fått i General Relativity."
Petters og Keeton sa at det burde være mulig å måle de forutsagte gammastråle-frynsemønstrene ved bruk av Gamma-ray Large Area Space Telescope, som etter planen skal lanseres på et romfartøy i august 2007. Teleskopet er en felles innsats mellom NASA, the Det amerikanske energidepartementet, og institusjoner i Frankrike, Tyskland, Japan, Italia og Sverige.
Forskerne sa at deres prediksjon vil gjelde for alle sorte hull i braneworld, enten det er i vårt solsystem eller utover.
"Hvis braneworld-teorien er riktig," sa de, "det burde være mange, mange flere braneworld-sorte hull i hele universet, som hver har signaturen til en fjerde dimensjon av rommet."
Originalkilde: Duke University
