Wenn wir zusätzliche Dimensionen in unserem Universum finden wollen, das heißt, was uns die sogenannte Stringtheorie zu erklären versucht, sollten wir unsere Aufmerksamkeit auf Gravitationswellen richten. Weil sie der Schlüssel zu ihrer Entdeckung sein können, sagen Physiker.
So können Sie kurz die Idee einer neuen Hypothese beschreiben, die versucht, eine Antwort auf das ungelöste Rätsel der Physik zu finden: Warum ist die Schwerkraft tatsächlich schwächer als andere fundamentale Kräfte unseres Universums? Nach der neuen Hypothese führt das "Leck" der Schwerkraft nur zu anderen Dimensionen, die wir noch nicht entdeckt haben.
„Die Möglichkeit anderer Dimensionen wird seit geraumer Zeit und unter völlig anderen Gesichtspunkten diskutiert“, sagt Emilian Dudas von der Ecole Polytechnique in Paris.
"Gravitationswellen könnten wiederum der Schlüssel zur Entdeckung dieser zusätzlichen Dimensionen sein."
Die Idee von vier Dimensionen ist mittlerweile weit verbreitet - drei räumliche (Länge, Breite, Höhe) und eine zeitliche (Zeit). Unser Wissen darüber, wie sich Materie auf kleinsten Skalen verhält, enthält jedoch viele Lücken, die weitere sechs Dimensionen füllen könnten. Dies ist die Meinung der Stringtheorie, wonach alles im Universum viel einfacher zu verstehen und zu erklären sein könnte, wenn wir der Idee der Existenz von 10 Dimensionen zustimmen würden. Darüber hinaus wird die Stringtheorie als der wahrscheinlichste Weg angesehen, um die Lücke zwischen klassischer und Quantenphysik endgültig zu schließen und die Grundlage für die zukünftige Theorie der Quantengravitation zu bilden.
Nach dieser Theorie können die kleinsten Materieteilchen, die wir entdecken können, Quarks, tatsächlich aus noch kleineren Teilchen bestehen - eindimensionalen Energiefasern, die sich wie vibrierende Saiten verhalten. Wissenschaftler sind aus einem einfachen Grund sehr an diesen "Saiten" interessiert. Es wird angenommen, dass sie in der Lage sein werden, das zu tun, was unsere moderne Physik nicht kann, nämlich alle uns bekannten grundlegendsten Kräfte, einschließlich Schwerkraft, Elektromagnetismus und Kernkräfte, genau zu beschreiben. Sie können uns auch helfen zu verstehen, warum sich das Universum immer noch ausdehnt. Das Hauptproblem (und möglicherweise das einzige signifikante Problem) besteht jedoch darin, dass sie (Zeichenfolgen) mindestens 10 Dimensionen für ihre mathematische Begründung benötigen. Und das Problem ist, dass wir noch nicht einmal in die Nähe gekommen sindum eine einzelne zusätzliche zu öffnen.
Dennoch sind die Physiker Gustavo Lucena-Gomez und David Andriot vom Max-Planck-Institut für Physik in Deutschland überzeugt, dass wir auf die Entdeckung dieser zusätzlichen Dimensionen hoffen. Und diese Hoffnung sind die Gravitationswellen, die der große Einstein vor langer Zeit vorhergesagt und erst kürzlich von modernen Wissenschaftlern bestätigt hat.
Gravitationswellen wurden zu einem der heißesten Themen des vergangenen Jahres, als die Physiker von LIGO - zwei riesigen Observatorien in den US-Bundesstaaten Louisiana und Kalifornien - zum ersten Mal bekannt gaben, dass sie direkte Beweise für die Existenz der sogenannten Wellen der Raumzeit entdeckt hatten, die etwa 100 beträgt vor Jahren von Einstein vorhergesagt. Diese Wellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit durch die Raumzeit und sind das Ergebnis einiger der katastrophalsten Ereignisse im Universum, wie das Verschmelzen von Schwarzen Löchern oder explodierenden Sternen. Sie sind in der Lage, alle uns im Universum bekannten Dimensionen zu passieren und damit zu beeinflussen, und höchstwahrscheinlich auch diejenigen, die wir noch nicht erkennen können.
Werbevideo:
„Wenn es im Universum zusätzliche Dimensionen gibt, wäre es logisch anzunehmen, dass Gravitationswellen in all diesen Dimensionen existieren werden“, kommentiert Gomez.
Gomez und Andriot entwickelten ein mathematisches Modell, das die vermuteten Auswirkungen von Gravitationswellen auf Messungen beschreibt, und identifizierten zwei Schlüsselfaktoren. Erstens können sich nach Ansicht der Forscher zusätzliche Dimensionen dank hochfrequenter Gravitationswellen manifestieren. Zweitens sollten Gravitationswellen in unterschiedlichen Dimensionen unterschiedliche Auswirkungen auf die Dehnung des "Gewebes" des Universums haben.
Laut den Forschern würde die Erkennung im ersten Fall Geräte erfordern, die tausendfach empfindlicher sind als die des gleichen LIGO.
„Wir sind noch nicht auf astrophysikalische Prozesse gestoßen, die Gravitationswellen mit einer Frequenz von viel mehr als 1000 Hz erzeugen. Mit einem geeigneten superstarken und empfindlichen Detektor würden wir daher sofort verstehen, was wir beobachten. Die Bestimmung von Frequenzen eines solchen Niveaus könnte auf die Entdeckung neuer Physik hinweisen."
Und im zweiten Fall müssen Physiker anomale Änderungen des Einflusses "gewöhnlicher Gravitationswellen" (dh derjenigen, die wir jetzt bestimmen können) und solcher, die Gravitationswellen aus anderen Dimensionen gehabt hätten, auf die Raumzeit untersuchen.
"Die Verformung der Raumzeit würde in einer bestimmten, unverwechselbaren Form dargestellt", sagen die Wissenschaftler.
Die Newsweek-Wissenschaftskolumnistin Hannah Osborne ist optimistischer in Bezug auf die Möglichkeit, zusätzliche Dimensionen durch ihren Einfluss auf Gravitationswellen zu erkennen. Ihrer Meinung nach wird ein Detektor mit der Empfindlichkeit von drei LIGO-Labors gleichzeitig benötigt, der als Ganzes arbeitet. Osborne glaubt, dass "solche Technologien in naher Zukunft verfügbar sein werden".
Die Existenz anderer Dimensionen könnte die Antwort der modernen Physik sein, nach der 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.
Die Meinung über die Wahrscheinlichkeit der Existenz zusätzlicher Dimensionen wird von vielen Wissenschaftlern geteilt. Zum Beispiel glaubt der theoretische Physiker Bobby Acharia vom King's College London, dass das Universum viel komplexer ist, als es auf den ersten Blick scheint, und dass sich darin alles verstecken kann. Er glaubt an zusätzliche Dimensionen, ist sich jedoch bewusst, dass der aktuelle Stand der Technik es nicht erlaubt, sie zu entdecken.
„Um Gravitationswellen zu erzeugen und in andere Dimensionen umzuverteilen, benötigen Sie eine enorme Menge an Energie. Selbst wenn es Ihnen gelingt, Wellen zu erzeugen, die in andere Dimensionen eindringen, ist die Skala so klein, dass die Frequenz der Gravitationswellen in diesem Fall sehr hoch ist und viel höher als die Stromerkennungsfähigkeiten des LIGO-Gravitationswellendetektors."
NIKOLAY KHIZHNYAK
