Мир Брану бросает вызов общей теории относительности Эйнштейна. нажмите, чтобы увеличить
В течение многих лет ученые были заинтригованы возможностью того, что существуют дополнительные измерения, помимо тех, которые мы, люди, можем понять. Теперь исследователи из университетов Дьюка и Рутгерса считают, что есть способ проверить пятимерную теорию (4 пространственных измерения плюс время) гравитации, которая конкурирует с Общей теорией относительности Эйнштейна. Это дополнительное измерение должно иметь эффекты в космосе, которые обнаруживаются спутниками, запуск которых запланирован на ближайшие несколько лет.
Ученые из университетов Дьюка и Рутгерса разработали математическую систему, которая, по их словам, позволит астрономам протестировать новую пятимерную теорию гравитации, которая конкурирует с Общей теорией относительности Эйнштейна.
Чарльз Р. Китон из Rutgers и Arlie O. Petters of Duke основывают свои работы на недавней теории, называемой гравитационной моделью рандома Сундрума типа II. Теория гласит, что видимая вселенная - это мембрана (отсюда «отрубной мир»), встроенная в большую вселенную, очень похожая на нить пленочных морских водорослей, плавающих в океане. «Вселенная бранного мира» имеет пять измерений - четыре пространственных измерения плюс время - по сравнению с четырьмя измерениями - тремя пространственными плюс время - изложенными в Общей теории относительности.
Система, разработанная Китоном и Петтерсом, предсказывает определенные космологические эффекты, которые, если их наблюдать, должны помочь ученым подтвердить теорию бранного мира. Наблюдения, по их словам, должны быть возможны со спутниками, которые планируется запустить в ближайшие несколько лет.
Если теория бранного мира подтвердится, «это расстроит яблочную повозку», сказал Петтерс. «Это подтвердило бы, что в пространстве существует 4-е измерение, которое создаст философский сдвиг в нашем понимании мира природы».
Выводы ученых появились 24 мая 2006 года в онлайн-издании журнала Physical Review. Д. Китон - профессор астрономии и физики в Рутгерс, а Петтерс - профессор математики и физики в Герцоге. Их исследования финансируются Национальным научным фондом.
Модель Рэнделла-Сундрума в бранном мире, названная в честь ее создателей, физиков Лизы Рэндалл из Гарвардского университета и Рамана Сандрума из Университета Джона Хопкинса, дает математическое описание того, как гравитация формирует вселенную, и отличается от описания, предлагаемого Общей теорией относительности.
Китон и Петтерс сосредоточились на одном конкретном гравитационном следствии теории бранного мира, которая отличает ее от теории Эйнштейна.
Теория бранного мира предсказывает, что относительно маленькие «черные дыры», созданные в ранней вселенной, сохранились до наших дней. Черные дыры, масса которых похожа на крошечный астероид, будут частью «темной материи» во вселенной. Как следует из названия, темная материя не излучает и не отражает свет, но оказывает гравитационное воздействие.
Общая теория относительности, с другой стороны, предсказывает, что таких изначальных черных дыр больше не существует, поскольку они уже испарились бы.
«Когда мы оценили, насколько далеки черные дыры в приземном мире от Земли, мы были удивлены, обнаружив, что ближайшие из них будут находиться на орбите Плутона», - сказал Китон.
Петтерс добавил: «Если черные дыры в черном мире образуют хотя бы 1 процент темной материи в нашей части галактики - осторожное предположение - в нашей солнечной системе должно быть несколько тысяч черных дыр в черном мире».
Но существуют ли на самом деле черные дыры в бранном мире и, следовательно, являются доказательством теории 5-мерного мира?
Ученые показали, что можно было бы ответить на этот вопрос, наблюдая за эффектами, которые черные дыры околоземного мира будут оказывать на электромагнитное излучение, идущее на Землю от других галактик. На любое такое излучение, проходящее вблизи черной дыры, будут воздействовать огромные гравитационные силы объекта - эффект, называемый гравитационным линзированием.
«Хорошее место для поиска гравитационного линзирования черными дырами из околоземного мира - всплески гамма-лучей, приходящих на Землю», - сказал Китон. Считается, что эти гамма-всплески происходят от огромных взрывов по всей вселенной. Такие взрывы из космоса были случайно обнаружены ВВС США в 1960-х годах.
Китон и Петтерс подсчитали, что черные дыры в черном мире будут препятствовать гамма-излучению так же, как камень в пруду препятствует прохождению ряби. Камень создает «интерференционную картину» на своем пути, в которой некоторые волнистые пики выше, некоторые впадины глубже, а некоторые пики и впадины компенсируют друг друга. Интерференционная картина несет в себе характеристики как камня, так и воды.
По словам Китона и Петтерса, черная дыра в черном мире создаст интерференционную картину в проходящем всплеске гамма-излучения при их движении к Земле. Ученые предсказали возникновение ярких и темных «полос» в интерференционной картине, которая, по их словам, дает возможность вывести характеристики черных дыр в черном мире и, в свою очередь, пространства и времени.
«Мы обнаружили, что сигнатура четвертого измерения пространства появляется в интерференционных картинах», - сказал Петтерс. «Это дополнительное пространственное измерение создает сжатие между полосами по сравнению с тем, что вы получаете в Общей теории относительности».
Петтерс и Китон заявили, что должна быть возможность измерить предсказанные диаграммы гамма-излучения с помощью космического телескопа большой площади, который планируется запустить на космическом корабле в августе 2007 года. Телескоп - это совместная работа НАСА, Министерство энергетики США и учреждения во Франции, Германии, Японии, Италии и Швеции.
Ученые сказали, что их прогноз будет применим ко всем черным дырам в мире, будь то в нашей солнечной системе или за ее пределами.
«Если теория бранного мира верна», - сказали они, - «во всей вселенной должно быть много, много черных дыр с бранным миром, каждая из которых несет подпись четвертого измерения пространства».
Первоначальный источник: Университет Дьюка
