Das Studium von Gravitationswellen kann helfen, andere Dimensionen zu finden
Wenn andere Dimensionen existieren, manifestieren sie sich durch Gravitationswellen, sagen Physiker des Deutschen Max-Planck-Instituts.
Sie führten Berechnungen durch, die genau zeigen, wie sich Gravitationswellen verhalten sollten, wenn andere Dimensionen im Universum tatsächlich existieren. Und sie schlagen vor, eine Reihe von Experimenten durchzuführen, die diese Annahmen beweisen oder widerlegen.
Die neue Hypothese bietet auch eine Lösung für eines der wichtigsten Rätsel der modernen Physik - warum die Schwerkraft schwächer ist als die übrigen fundamentalen Kräfte der Natur. Die neue Theorie legt daher nahe, dass die Schwerkraft in andere Dimensionen "leckt", die wir noch nicht aufgezeichnet haben.
Die Physikerin Gustavo Lucena Gomez glaubt, dass Gravitationswellen der Schlüssel zum Verständnis des Universums sein können
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Auf den ersten Blick erscheint das Universum in Bezug auf vier Dimensionen - Länge, Breite und Höhe sowie Zeit - ziemlich logisch. Theoretische Physiker haben jedoch lange vorhergesagt, dass es andere Dimensionen geben könnte. Insbesondere geht die berühmte Stringtheorie davon aus, dass es 10 Dimensionen gibt.
Partikelexperimente zeigen, dass die sechs Dimensionen, die im traditionellen Modell fehlen, dazu beitragen können, einige der Prozesse besser zu verstehen.
Außerdem ist die Stringtheorie nicht leicht zu verwerfen, da sie eine Versöhnung zwischen klassischer und Quantenphysik verspricht.
Die Stringtheorie legt nahe, dass Quarks - die kleinsten Partikel, die wir erkennen können - tatsächlich aus noch kleineren Partikeln bestehen - Energieteilchen, die wie vibrierende Strings aussehen.
Es sind diese "Saiten", die die Natur der Kräfte erklären können, die im Universum grundlegend sind, aber in der modernen Physik keine Interpretation erhalten haben. Zum Beispiel Schwerkraft, Elektromagnetismus und nukleare Wechselwirkung.
Das Hauptproblem besteht darin, dass die mathematische Beschreibung von "Strings" mindestens 10 physikalische Dimensionen umfasst. Und die moderne Wissenschaft hat noch keine neue Dimension gefunden.
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Gustavo Lucena Gomez und David Andriot vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam stellten die Theorie auf, dass Gravitationswellen die Existenz anderer Dimensionen beweisen können.
Albert Einstein sagte die Existenz dieser Wellen voraus, die das Pulsieren der Raumzeit darstellen. 2015 wurden sie von Forschern des LIGO-Projekts gefunden, dessen Laboratorien sich in Louisiana und Kalifornien befinden.
Von Einstein vorhergesagte Gravitationswellen wurden 2015 / California Institute of Technology aufgezeichnet
Gravitationswellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit durch die Raumzeit, was zu Explosionen von Sternen und Fusionen von Schwarzen Löchern führt.
Es ist logisch anzunehmen, dass Gravitationswellen in allen Dimensionen des Universums existieren, erklärt Gomez.
Basierend auf dieser Prämisse haben Gomez und Andriot ein mathematisches Modell erstellt, das beschreibt, wie andere Messungen Gravitationswellen beeinflussen sollten.
Erstens glauben sie, dass sich zusätzliche Dimensionen durch hochfrequente Gravitationswellen manifestieren können. Zweitens sollten Gravitationswellen in unterschiedlichen Dimensionen unterschiedliche Auswirkungen auf die Dehnung des "Gewebes" des Universums haben.
„Wenn es in unserem Universum zusätzliche Dimensionen gibt, können sie die Raumzeit so dehnen, wie es gewöhnliche Gravitationswellen nicht können“, erklärt Gomez.
Um den ersten Teil der Hypothese zu testen, werden sehr empfindliche Geräte benötigt. Tausende Male genauer als LIGO-Labors, die Gravitationswellen detektierten.
Gleichzeitig wird es mit solchen Geräten nicht schwierig sein, sicherzustellen, dass Gravitationswellen mit der erforderlichen Frequenz gefunden wurden, betonen die Autoren der Studie, da kein bekannter astrophysikalischer Prozess Gravitationswellen mit einer so hohen Frequenz emittieren kann.
Wenn solche Wellen gefunden werden, wird dies der Beginn einer neuen Ära in der Physik sein, so Gomez und Andriot.
Der zweite gefragte Faktor, der die Existenz anderer Dimensionen beweisen wird, ist der sogenannte "Atmungsmodus" von Gravitationswellen. Unter dem Gesichtspunkt der verfügbaren Messungen sollten einige Merkmale der Bewegung von Gravitationswellen als Anomalien erscheinen, sind sich die Autoren der Studie sicher.
Die Forscher beabsichtigen, Laboratorien mit LIGO-Detektoren um Unterstützung zu bitten, um dasselbe Partikelexperiment in Echtzeit zu beobachten.
"Theoretisch verformt der" Atmungsmodus "die Raumzeit auf eine bestimmte Weise, was ein klares Zeichen für die Existenz anderer Dimensionen sein wird", so die Autoren der Arbeit.
Darüber hinaus könnte das Vorhandensein anderer Dimensionen erklären, warum die Schwerkraft die grundlegendste Kraft in der Natur ist. Wenn die Schwerkraft in allen Dimensionen existiert, muss es eine schwache Kraft sein, denn wir sehen nur einen kleinen Teil davon - diejenige, die in den vier für uns sichtbaren Dimensionen existiert, so die Forscher.
Die Existenz anderer Dimensionen mag der heilige Gral der modernen Physik sein, nach dem Wissenschaftler so lange und beharrlich gesucht haben. Andere Messungen könnten zur Schaffung einer einheitlichen Theorie des Universums führen, die die Quantenfeldtheorie mit allgemeinen Relativitätsprinzipien in Einklang bringen würde.
In einem solchen Universum sind sowohl Anti-Schwerkraft als auch Bewegungen mit einer Geschwindigkeit möglich, die größer als die Lichtgeschwindigkeit ist.
Daher ist es äußerst wichtig, die Natur der Gravitationswellen zu untersuchen, sagt Karla Lant, Kolumnistin für Futurismus.
