Vědci z institutu Maxe Plancka pro gravitační fyziku došli k závěru, že gravitační vlny musí nést otisk dalších rozměrů prostoru předpovídaných teorií strun.
20. století dalo světu dvě velké fyzikální teorie - obecnou teorii relativity (GR) a kvantovou mechaniku. První se zabývá prostorem, časem a gravitací. Například vysvětluje, proč hodiny poběží na povrchu Země o něco pomaleji než na oběžné dráze. Při vytváření systémů GPS a GLONASS je třeba tyto vlastnosti zohlednit. Obecná relativita také pojednává o černých dírách a dalších zajímavých věcech.
Kvantová mechanika je věda o chování nejmenších složek hmoty, jako jsou elektrony. Stal se základem veškeré moderní elektroniky, která nám poskytla počítače, mobilní telefony a obecně vše, co je chytřejší než žárovka.
Tyto dvě teorie mají nešťastnou chybu: jsou vzájemně nekompatibilní. Pokud je použijeme na stejný objekt, pak obecná relativita řekne jednu věc a kvantová mechanika řekne jinou a rozpor nemůže být žádným způsobem eliminován. V praxi to není tak důležité, protože účinky obecné relativity jsou patrné pouze pro velmi masivní těla (planety, hvězdy, černé díry) a kvantové efekty - pro velmi malé (elementární částice). Fyzici se však dlouhodobě obávají nekompatibility dvou největších fyzických teorií naší doby. Z tohoto důvodu vědci hledají úplnější teorii, která „smíří“kvantovou mechaniku a obecnou relativitu a bude také popisovat mikro- a makrokosmos pomocí jednotných zákonů.
Nejslavnějším kandidátem na tuto roli je strunová teorie. Je to opravdu ukazuje, jak můžete odstranit rozpor a kombinovat obě teorie. Má však svou nevýhodu: na rozdíl od obecné relativity a kvantové mechaniky samotné tvrdohlavě vzdoruje experimentálnímu ověření. Fyzici hořce vtipkovali, že by testovali teorii strun, kdyby měli urychlovač o velikosti galaxie.
Jak zjistili David Andriot a Gustavo Lucena Gómez z německého institutu Maxe Plancka pro gravitační fyziku, takový obrovský stroj nemusí být potřebný. Potvrzení teorie strun lze získat pozorováním gravitačních vln - úžasný jev, který teoretici dlouho předpovídali, ale experimentálně byl objeven až v roce 2015.
Připomeňme, že některé velkolepé procesy, například srážky černých děr, narušují gravitační pole a vlny jím procházejí. Od tohoto okamžiku se všechny předměty zachycené v gravitační vlně s ním časem mírně houpají. Tyto výkyvy jsou příliš malé na to, aby bylo možné je pozorovat pouhým okem. Kromě toho jsou v běžném životě zcela zablokovány vibracemi z automobilu, který jede po ulici, nebo z kabinetu přemísťovaného sousedem. Ale speciálně vytvořené pro tyto účely, velmi citlivé detektory, skryté hluboko pod zemí a extrémně chráněné před všemi cizími vibracemi, mohou zachytit gravitační vlnu, která se stala poprvé před dvěma lety.
Ale jak se ukázalo, jsou schopni poskytnout nejen tento výsledek. Podle zjištění Andrio a Gomeza může pozorování gravitačních vln podporovat teorii strun. Skutečnost je taková, že podle této teorie není prostor vůbec trojrozměrný - je devítimenzionální. Nevšimneme si šesti dalších rozměrů, protože jsou příliš malé. Zrcadlo se nám tedy zdá hladké, i když stojí za to podívat se na jeho povrch mikroskopem a uvidíme na něm celá „horská pásma“a „rokliny“.
Propagační video:
Gravitační vlny, jak autoři nové práce ukazují, musí „cítit“tyto další dimenze. Pokud jsou přítomny v gravitačních vlnách, měl by se objevit zvláštní rytmus, který nazývají „dýchací režim“. Pokud detektory detekují „dýchání“, bude to první experimentální potvrzení teorie strun. Kromě toho by se měla objevit sada vysokofrekvenčních signálů, která se podobá několika náhlým zvukům s vysokým tónem - jakési „výkřiky“nebo „pískání“, které o sobě budou ohlašovat další rozměry.
Jak autoři studie poznamenávají, dvojice detektorů LIGO postrádá citlivost k detekci „dýchacího režimu“. Ale v Itálii je v současné době vylepšován třetí detektor VIRGO. Začne fungovat na plný výkon v roce 2018 a pak bude možná zaznamenáno „dýchání“gravitačních vln. Pokud jde o druhou známku dodatečných měření - vysokofrekvenčních signálů - jejich pozorování, bohužel, vyžaduje vytvoření nového detektoru, protože stávající zařízení jsou navržena ke studiu nízkofrekvenčních a nikoli vysokofrekvenčních signálů.
Vědecký článek s výsledky studie byl publikován v Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.