Braneworld ท้าทายความสัมพันธ์ทั่วไปของ Einstein คลิกเพื่อดูภาพขยาย
นักวิทยาศาสตร์ได้รับความสนใจมานานหลายปีเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่มีมิติเพิ่มเติมนอกเหนือจากที่มนุษย์สามคนเข้าใจได้ ตอนนี้นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Duke และ Rutgers คิดว่ามีวิธีทดสอบทฤษฎีห้ามิติ (4 มิติเชิงพื้นที่พร้อมเวลา) ของแรงโน้มถ่วงที่แข่งขันกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein มิติพิเศษนี้ควรมีเอฟเฟกต์ในคอสมอสซึ่งตรวจพบโดยดาวเทียมที่มีกำหนดเปิดตัวในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Duke และ Rutgers ได้พัฒนากรอบทางคณิตศาสตร์ที่พวกเขากล่าวว่าจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ทดสอบทฤษฎีแรงโน้มถ่วงห้ามิติใหม่ที่แข่งขันกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein
Charles R. Keeton จาก Rutgers และ Arlie O. Petters of Duke ยึดฐานการทำงานของพวกเขาในทฤษฎีล่าสุดที่เรียกว่าประเภท II แบบจำลอง Randall-Sundrum braneworld แรงโน้มถ่วง ทฤษฎีนี้กล่าวว่าเอกภพที่มองเห็นได้นั้นเป็นพังผืด (ด้วยเหตุนี้“ braneworld”) ที่ฝังอยู่ในเอกภพที่มีขนาดใหญ่คล้ายกับสาหร่ายทะเลที่ลอยอยู่ในมหาสมุทร "จักรวาล braneworld" มีห้ามิติ - สี่มิติเชิงพื้นที่บวกเวลา - เมื่อเทียบกับสี่มิติ - สามมิติและเวลา - วางไว้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
กรอบ Keeton และ Petters พัฒนาทำนายผลกระทบทางดาราศาสตร์บางอย่างที่ถ้าสังเกตควรช่วยนักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบทฤษฎี braneworld พวกเขากล่าวว่าการสำรวจควรเป็นไปได้ด้วยดาวเทียมที่มีกำหนดจะเปิดตัวในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
หากทฤษฎี braneworld พิสูจน์แล้วว่าเป็นจริง“ สิ่งนี้จะทำให้แอปเปิลคาร์ทไม่พอใจ” Petters กล่าว “ มันจะยืนยันว่ามีมิติที่สี่ไปสู่อวกาศซึ่งจะสร้างการเปลี่ยนแปลงทางปรัชญาในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโลกธรรมชาติ”
การค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ปรากฏเมื่อวันที่ 24 พฤษภาคม 2549 ในวารสาร Physical Review D. Keeton ฉบับออนไลน์ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์และฟิสิกส์ที่รัตเกอร์สและ Petters เป็นศาสตราจารย์คณิตศาสตร์และฟิสิกส์ของ Duke งานวิจัยของพวกเขาได้รับทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ
แบบจำลอง Randall-Sundrum braneworld ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตามผู้คิดค้นฟิสิกส์ Lisa Randall จาก Harvard University และ Raman Sundrum จาก Johns Hopkins University - ให้คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ว่าแรงโน้มถ่วงทำให้เกิดจักรวาลที่แตกต่างจากคำอธิบายทั่วไปของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
Keeton และ Petters มุ่งเน้นไปที่ผลของแรงโน้มถ่วงโดยเฉพาะอย่างยิ่งของทฤษฎี braneworld ที่แยกความแตกต่างจากทฤษฎีของ Einstein
ทฤษฎี braneworld คาดการณ์ว่า "หลุมดำ" ที่สร้างขึ้นในเอกภพในยุคต้น ๆ จะมีชีวิตรอดมาจนถึงปัจจุบัน หลุมดำที่มีมวลคล้ายกับดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็กน่าจะเป็นส่วนหนึ่งของ“ สสารมืด” ในจักรวาล สสารมืดไม่ได้เปล่งหรือสะท้อนแสง แต่มีแรงโน้มถ่วงออกมา
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปตรงกันข้ามคาดการณ์ว่าหลุมดำในยุคนั้นไม่มีอยู่อีกต่อไปราวกับว่าพวกมันจะระเหยไปหมดแล้ว
“ เมื่อเราประเมินว่าหลุมดำ braneworld ไกลแค่ไหนจากโลกเราประหลาดใจที่พบว่าหลุมที่ใกล้ที่สุดน่าจะอยู่ในวงโคจรของดาวพลูโตได้” Keeton กล่าว
Petters เสริม“ ถ้าหลุมดำ braneworld ก่อตัวสสารมืด 1 เปอร์เซ็นต์ในส่วนของกาแลคซีของเรา - ข้อควรระวัง - ควรมีหลุมดำ braneworld หลายพันดวงในระบบสุริยะของเรา”
แต่หลุมดำ braneworld มีอยู่จริงหรือไม่ดังนั้นจึงเป็นหลักฐานสำหรับทฤษฎี braneworld 5-D?
นักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปได้ที่จะตอบคำถามนี้โดยการสังเกตผลกระทบที่หลุมดำ braneworld จะออกแรงกับการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางมายังโลกจากกาแลคซีอื่น การแผ่รังสีใด ๆ ที่ผ่านเข้าใกล้หลุมดำจะถูกดำเนินการโดยกองแรงโน้มถ่วงมหาศาลของวัตถุ - ผลกระทบที่เรียกว่า "เลนส์แรงโน้มถ่วง"
“ สถานที่ที่ดีที่จะมองหาเลนส์ความโน้มถ่วงโดยหลุมดำ braneworld คือการระเบิดของรังสีแกมม่าที่มาถึงโลก” Keeton กล่าว การระเบิดของรังสีแกมม่าเหล่านี้เชื่อว่าเกิดจากการระเบิดครั้งใหญ่ทั่วทั้งจักรวาล การระเบิดจากอวกาศออกมาดังกล่าวถูกค้นพบโดยกองทัพอากาศสหรัฐในปี 1960 โดยไม่ได้ตั้งใจ
Keeton และ Petters คำนวณว่าหลุมดำ braneworld จะเป็นอุปสรรคต่อรังสีแกมม่าในลักษณะเดียวกับที่ก้อนหินในบ่อกีดขวางคลื่นที่ผ่านไป หินก่อให้เกิด "รูปแบบการแทรกแซง" ในการปลุกซึ่งยอดเขาของระลอกคลื่นบางสูงกว่ารางบางลึกและบางยอดเขาและรางยกเลิกกัน รูปแบบการรบกวนมีลักษณะเฉพาะของทั้งหินและน้ำ
ในทำนองเดียวกันหลุมดำ braneworld จะสร้างรูปแบบการแทรกแซงในการส่งผ่านของรังสีแกมม่าเมื่อพวกเขาเดินทางไปยังโลก Keeton และ Petters กล่าว นักวิทยาศาสตร์ทำนายว่า "ขอบ" ที่สว่างและมืดที่เกิดขึ้นในรูปแบบการแทรกสอดซึ่งพวกเขาบอกว่าเป็นวิธีการอนุมานลักษณะของหลุมดำ braneworld และในทางกลับกันก็คือพื้นที่และเวลา
“ เราค้นพบว่าลายเซ็นของพื้นที่สี่มิตินั้นปรากฏในรูปแบบการรบกวน” Petters กล่าว “ มิติเชิงพื้นที่พิเศษนี้สร้างการหดตัวระหว่างขอบเมื่อเปรียบเทียบกับสิ่งที่คุณได้รับในความสัมพันธ์ทั่วไป”
Petters และ Keeton กล่าวว่าเป็นไปได้ที่จะวัดรูปแบบขอบรังสีแกมมาที่คาดการณ์ไว้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่แกมม่าเรย์ซึ่งมีกำหนดจะเปิดตัวในยานอวกาศในเดือนสิงหาคม 2550 กล้องโทรทรรศน์เป็นความพยายามร่วมกันระหว่าง NASA กระทรวงพลังงานของสหรัฐฯและสถาบันในฝรั่งเศสเยอรมนีญี่ปุ่นอิตาลีและสวีเดน
นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าการทำนายของพวกเขาจะนำไปใช้กับหลุมดำ braneworld ทั้งหมดไม่ว่าจะในระบบสุริยะของเราหรือเกินกว่านั้น
“ หากทฤษฎี braneworld ถูกต้อง” พวกเขากล่าวว่า“ น่าจะมีหลุมดำ braneworld จำนวนมากขึ้นอีกมากมายทั่วทั้งจักรวาลโดยแต่ละคนมีลายเซ็นของมิติอวกาศที่สี่”
แหล่งที่มาดั้งเดิม: Duke University
