Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik sind zu dem Schluss gekommen, dass Gravitationswellen den Abdruck der zusätzlichen Dimensionen des Raums tragen müssen, die durch die Stringtheorie vorhergesagt werden.
Das 20. Jahrhundert gab der Welt zwei große physikalische Theorien - die allgemeine Relativitätstheorie (GR) und die Quantenmechanik. Der erste befasst sich mit Raum, Zeit und Schwerkraft. Zum Beispiel erklärt sie, warum Uhren auf der Erdoberfläche etwas langsamer laufen als im Orbit. Solche Merkmale müssen bei der Erstellung von GPS- und GLONASS-Systemen berücksichtigt werden. Die allgemeine Relativitätstheorie befasst sich auch mit Schwarzen Löchern und anderen interessanten Dingen.
Die Quantenmechanik ist die Wissenschaft vom Verhalten der kleinsten Bestandteile der Materie wie Elektronen. Es wurde zur Grundlage für die gesamte moderne Elektronik, die uns Computer, Mobiltelefone und im Allgemeinen alles gab, was schlauer als eine Glühbirne ist.
Diese beiden Theorien haben einen unglücklichen Fehler: Sie sind nicht miteinander kompatibel. Wenn wir sie auf dasselbe Objekt anwenden, sagt die allgemeine Relativitätstheorie eins und die Quantenmechanik etwas anderes, und der Widerspruch kann in keiner Weise beseitigt werden. Dies ist in der Praxis nicht so wichtig, da die Auswirkungen der allgemeinen Relativitätstheorie nur für sehr massive Körper (Planeten, Sterne, Schwarze Löcher) und Quanteneffekte - für sehr kleine (Elementarteilchen) - spürbar sind. Die Physiker sind jedoch seit langem besorgt über die Unvereinbarkeit der beiden größten physikalischen Theorien unserer Zeit. Aus diesem Grund suchen Wissenschaftler nach einer vollständigeren Theorie, die die Quantenmechanik und die allgemeine Relativitätstheorie „in Einklang bringt“und den Mikro- und Makrokosmos unter Verwendung einheitlicher Gesetze beschreibt.
Der bekannteste Kandidat für diese Rolle ist die Stringtheorie. Es zeigt wirklich, wie Sie den Widerspruch beseitigen und die beiden Theorien kombinieren können. Aber es hat seinen Nachteil: Im Gegensatz zur allgemeinen Relativitätstheorie und Quantenmechanik selbst widersetzt es sich hartnäckig der experimentellen Verifikation. Physiker scherzen bitter, dass sie die Stringtheorie testen würden, wenn sie einen Beschleuniger von der Größe einer Galaxie hätten.
Wie David Andriot und Gustavo Lucena Gómez vom deutschen Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik herausgefunden haben, wird eine solche riesige Maschine möglicherweise nicht benötigt. Die Bestätigung der Stringtheorie kann durch Beobachtung von Gravitationswellen erreicht werden - ein erstaunliches Phänomen, das von Theoretikern lange vorhergesagt, aber erst 2015 experimentell entdeckt wurde.
Erinnern wir uns, dass einige grandiose Prozesse, zum Beispiel Kollisionen von Schwarzen Löchern, das Gravitationsfeld stören und Wellen entlang laufen. Ab diesem Zeitpunkt beginnen alle in der Gravitationswelle gefangenen Objekte mit der Zeit leicht zu schwanken. Diese Schwankungen sind zu gering, um mit bloßem Auge wahrgenommen zu werden. Darüber hinaus werden sie im normalen Leben vollständig durch Vibrationen eines auf der Straße fahrenden Autos oder eines von einem Nachbarn bewegten Schranks blockiert. Speziell für diese Zwecke entwickelte, sehr empfindliche Detektoren, die tief unter der Erde versteckt und extrem vor allen äußeren Schwingungen geschützt sind, können eine Gravitationswelle aufnehmen, die vor zwei Jahren zum ersten Mal aufgetreten ist.
Aber wie sich herausstellt, können sie nicht nur dieses Ergebnis liefern. Nach den Erkenntnissen von Andrio und Gomez könnte die Beobachtung von Gravitationswellen die Stringtheorie unterstützen. Tatsache ist, dass der Raum nach dieser Theorie überhaupt nicht dreidimensional ist - er ist neundimensional. Wir bemerken die sechs zusätzlichen Dimensionen nicht, weil sie zu klein sind. Der Spiegel scheint uns also glatt zu sein, obwohl es sich lohnt, seine Oberfläche mit einem Mikroskop zu betrachten, und wir werden ganze „Gebirgszüge“und „Schluchten“darauf sehen.
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Gravitationswellen müssen, wie die Autoren der neuen Arbeit zeigen, diese zusätzlichen Dimensionen „fühlen“. Wenn sie in Gravitationswellen vorhanden sind, sollte ein spezieller Rhythmus auftreten, den sie als „Atemmodus“bezeichnen. Wenn "Detektion" von Detektoren erfasst wird, ist dies die erste experimentelle Bestätigung der Stringtheorie. Außerdem sollte eine Reihe von Hochfrequenzsignalen erscheinen, ähnlich wie bei mehreren plötzlichen hohen Tönen - eine Art "Schreien" oder "Quietschen", das zusätzliche Dimensionen über sich selbst ankündigen.
Wie die Autoren der Studie bemerken, fehlt dem Paar von LIGO-Detektoren die Empfindlichkeit, um den "Atmungsmodus" zu erkennen. In Italien wird derzeit der dritte Detektor, VIRGO, aufgerüstet. Es wird 2018 seine volle Kapazität erreichen und dann wird möglicherweise das „Atmen“von Gravitationswellen aufgezeichnet. Was das zweite Zeichen zusätzlicher Messungen - Hochfrequenzsignale - betrifft, so erfordert ihre Beobachtung leider die Schaffung eines neuen Detektors, da die vorhandenen Geräte für die Untersuchung von niederfrequenten und nicht von hochfrequenten Signalen ausgelegt sind.
Ein wissenschaftlicher Artikel mit den Ergebnissen der Studie wurde im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics veröffentlicht.
