Vedci z inštitútu Max Planck pre gravitačnú fyziku dospeli k záveru, že gravitačné vlny musia niesť odtlačok ďalších rozmerov priestoru predpovedaných teóriou strún.
20. storočie dalo svetu dve veľké fyzikálne teórie - všeobecnú teóriu relativity (GR) a kvantovú mechaniku. Prvá sa zaoberá priestorom, časom a gravitáciou. Napríklad vysvetľuje, prečo sa hodiny budú na povrchu Zeme pohybovať o niečo pomalšie ako na obežnej dráhe. Takéto vlastnosti sa musia zohľadniť pri vytváraní systémov GPS a GLONASS. Všeobecná relativita sa zaoberá aj čiernymi dierami a inými zaujímavými vecami.
Kvantová mechanika je veda o správaní najmenších zložiek hmoty, ako sú elektróny. Stala sa základom pre všetku modernú elektroniku, ktorá nám poskytla počítače, mobilné telefóny a vo všeobecnosti všetko inteligentnejšie ako žiarovka.
Tieto dve teórie majú nešťastnú chybu: sú navzájom nekompatibilné. Ak ich použijeme na ten istý objekt, potom všeobecná relativita hovorí jednu vec a kvantová mechanika hovorí druhú a rozpor nemožno žiadnym spôsobom odstrániť. V praxi to nie je také dôležité, pretože účinky všeobecnej relativity sú viditeľné iba pre veľmi masívne telá (planéty, hviezdy, čierne diery) a kvantové efekty - pre veľmi malé (elementárne častice). Fyzici sa však už dlho zaoberajú nekompatibilitou dvoch najväčších fyzikálnych teórií našej doby. Z tohto dôvodu vedci hľadajú úplnejšiu teóriu, ktorá „zladí“kvantovú mechaniku a všeobecnú relativitu a tiež opíše mikro- a makrokozmos pomocou jednotných zákonov.
Najslávnejším kandidátom na túto úlohu je teória strún. Je to naozaj ukazuje, ako môžete odstrániť rozpory a kombinovať tieto dve teórie. Má však svoju nevýhodu: na rozdiel od samotnej všeobecnej relativity a kvantovej mechaniky tvrdohlavo odmieta experimentálne overenie. Fyzici horko vtipkujú, že by testovali teóriu strún, keby mali urýchľovač veľkosti galaxie.
Ako zistili David Andriot a Gustavo Lucena Gómez z Nemeckého inštitútu Maxa Plancka pre gravitačnú fyziku, taký gigantický stroj nemusí byť potrebný. Potvrdenie teórie strún je možné dosiahnuť pozorovaním gravitačných vĺn - úžasného fenoménu, ktorý teoretici dlho predpovedali, ale experimentálne sa objavil až v roku 2015.
Pripomeňme si, že niektoré veľkolepé procesy, napríklad zrážky čiernych dier, rušia gravitačné pole a pozdĺž neho prebiehajú vlny. Od tohto času sa s ňou všetky predmety zachytené v gravitačnej vlne časom mierne kývajú. Tieto výkyvy sú príliš malé na to, aby ste ich mohli pozorovať voľným okom. Okrem toho sú v bežnom živote úplne blokované vibráciami spôsobenými vozidlom jazdiacim po ulici alebo skrinkou, ktorú presúva sused. Na tento účel špeciálne vytvorené detektory veľmi citlivé, skryté hlboko pod zemou a mimoriadne chránené pred všetkými vonkajšími vibráciami, môžu zachytiť gravitačnú vlnu, ktorá sa stala prvýkrát pred dvoma rokmi.
Ako sa však ukázalo, dokážu dať nielen tento výsledok. Podľa zistení Andrio a Gomeza môže pozorovanie gravitačných vĺn podporovať teóriu strún. Faktom je, že podľa tejto teórie nie je priestor vôbec trojrozmerný - je deväťdimenzionálny. Nevšimli sme si šesť ďalších rozmerov, pretože sú príliš malé. Zrkadlo sa nám teda javí ako plynulé, aj keď sa oplatí pozerať sa na jeho povrch cez mikroskop a uvidíme na ňom celé „pohoria“a „rokliny“.
Propagačné video:
Gravitačné vlny, ako autori novej práce ukazujú, musia „cítiť“tieto ďalšie dimenzie. Ak sú prítomné v gravitačných vlnách, mal by sa objaviť špeciálny rytmus, ktorý nazývajú „dýchací režim“. Ak detektory zistia „dýchanie“, bude to prvé experimentálne potvrdenie teórie strún. Okrem toho by sa mala objaviť sada vysokofrekvenčných signálov, podobne ako niekoľko náhlych vysokofrekvenčných zvukov - akýsi „výkrik“alebo „vŕzganie“, ktorý o sebe budú ohlasovať ďalšie dimenzie.
Ako autori štúdie poznamenávajú, pár detektorov LIGO nemá citlivosť na detekciu „dýchacieho režimu“. Ale v Taliansku sa v súčasnosti modernizuje tretí detektor VIRGO. Začne pracovať na plný výkon v roku 2018 a potom sa pravdepodobne zaznamená „dýchanie“gravitačných vĺn. Pokiaľ ide o druhý znak dodatočných meraní - vysokofrekvenčné signály - ich pozorovanie, bohužiaľ, vyžaduje vytvorenie nového detektora, pretože existujúce zariadenia sú navrhnuté na štúdium nízkofrekvenčných a nie vysokofrekvenčných signálov.
Vedecký článok s výsledkami štúdie bol uverejnený v časopise Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.