Braneworld sfida la relatività generale di Einstein. clicca per ingrandire
Gli scienziati sono stati incuriositi per anni circa la possibilità che ci siano dimensioni aggiuntive oltre le tre che noi umani possiamo capire. Ora i ricercatori delle università di Duke e Rutgers pensano che esista un modo per testare la teoria della gravità a 5 (4 dimensioni spaziali più il tempo) che compete con la teoria della relatività generale di Einstein. Questa dimensione extra dovrebbe avere effetti nel cosmo che sono rilevabili dai satelliti programmati per il lancio nei prossimi anni.
Gli scienziati delle università di Duke e Rutgers hanno sviluppato un quadro matematico che secondo loro consentirà agli astronomi di testare una nuova teoria della gravità a cinque dimensioni che compete con la teoria generale della relatività di Einstein.
Charles R. Keeton di Rutgers e Arlie O. Petters of Duke basano il loro lavoro su una recente teoria chiamata modello di gravità braneworld di tipo II Randall-Sundrum. La teoria sostiene che l'universo visibile è una membrana (quindi "braneworld") incorporata in un universo più grande, proprio come un filo di alghe filmiche che galleggiano nell'oceano. L '"universo braneworld" ha cinque dimensioni - quattro dimensioni spaziali più tempo - rispetto alle quattro dimensioni - tre spazi, più tempo - stabilite nella Teoria generale della relatività.
Il framework sviluppato da Keeton e Petters prevede alcuni effetti cosmologici che, se osservati, dovrebbero aiutare gli scienziati a validare la teoria di braneworld. Le osservazioni, hanno affermato, dovrebbero essere possibili con il lancio dei satelliti nei prossimi anni.
Se la teoria di braneworld si rivelasse vera, "questo sconvolgerebbe l'applecart", ha detto Petters. "Confermerebbe che esiste una quarta dimensione nello spazio, che creerebbe un cambiamento filosofico nella nostra comprensione del mondo naturale".
I risultati degli scienziati sono apparsi il 24 maggio 2006, nell'edizione online della rivista Physical Review D. Keeton è professore di astronomia e fisica alla Rutgers, e Petters è professore di matematica e fisica alla Duke. La loro ricerca è finanziata dalla National Science Foundation.
Il modello braneworld di Randall-Sundrum - chiamato per i suoi originatori, fisici Lisa Randall della Harvard University e Raman Sundrum della Johns Hopkins University - fornisce una descrizione matematica di come la gravità modella l'universo che differisce dalla descrizione offerta dalla Teoria generale della relatività.
Keeton e Petters si concentrarono su una particolare conseguenza gravitazionale della teoria di braneworld che la distingue dalla teoria di Einstein.
La teoria di braneworld prevede che "buchi neri" relativamente piccoli creati nell'universo primordiale siano sopravvissuti fino ai giorni nostri. I buchi neri, con massa simile a un piccolo asteroide, sarebbero parte della "materia oscura" nell'universo. Come suggerisce il nome, la materia oscura non emette o riflette la luce, ma esercita una forza gravitazionale.
La teoria generale della relatività, d'altra parte, prevede che tali buchi neri primordiali non esistano più, poiché ormai sarebbero evaporati.
"Quando abbiamo stimato quanto lontano potrebbero essere i buchi neri di Braneworld dalla Terra, siamo rimasti sorpresi di scoprire che i più vicini si troverebbero bene all'interno dell'orbita di Plutone", ha detto Keeton.
Petters ha aggiunto: "Se i buchi neri di braneworld formano persino l'1% della materia oscura nella nostra parte della galassia - un presupposto prudente - ci dovrebbero essere diverse migliaia di buchi neri di braneworld nel nostro sistema solare".
Ma esistono davvero i buchi neri di braneworld - e quindi rappresentano la prova della teoria braneworld 5-D?
Gli scienziati hanno dimostrato che dovrebbe essere possibile rispondere a questa domanda osservando gli effetti che i buchi neri di braneworld eserciterebbero sulle radiazioni elettromagnetiche che viaggiano sulla Terra da altre galassie. Qualsiasi radiazione che passa vicino a un buco nero verrà influenzata dalle tremende forze gravitazionali dell'oggetto - un effetto chiamato "lente gravitazionale".
"Un buon posto per cercare lenti gravitazionali dai buchi neri di braneworld è nelle esplosioni di raggi gamma che arrivano sulla Terra", ha detto Keeton. Si pensa che queste esplosioni di raggi gamma siano prodotte da enormi esplosioni in tutto l'universo. Tali esplosioni dallo spazio furono scoperte inavvertitamente dall'aviazione americana negli anni '60.
Keeton e Petters calcolarono che i buchi neri di braneworld avrebbero impedito i raggi gamma allo stesso modo in cui una roccia in uno stagno ostruiva le increspature di passaggio. La roccia produce un "modello di interferenza" sulla sua scia in cui alcuni picchi di ondulazione sono più alti, alcuni canali sono più profondi e alcuni picchi e canali si annullano a vicenda. Il modello di interferenza porta la firma delle caratteristiche sia della roccia che dell'acqua.
Allo stesso modo, un buco nero di braneworld produrrebbe uno schema di interferenza in una raffica di raggi gamma mentre viaggiano sulla Terra, hanno detto Keeton e Petters. Gli scienziati hanno predetto le "frange" chiare e scure risultanti nel modello di interferenza, che secondo loro forniscono un mezzo per inferire le caratteristiche dei buchi neri di braneworld e, a loro volta, di spazio e tempo.
"Abbiamo scoperto che la firma di una quarta dimensione dello spazio appare nei modelli di interferenza", ha detto Petters. "Questa dimensione spaziale aggiuntiva crea una contrazione tra le frange rispetto a ciò che otterresti nella relatività generale."
Petters e Keeton hanno affermato che dovrebbe essere possibile misurare i modelli di frange dei raggi gamma previsti usando il telescopio spaziale ad ampia area Gamma-ray, che dovrebbe essere lanciato su un veicolo spaziale nell'agosto 2007. Il telescopio è uno sforzo congiunto tra la NASA, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e istituzioni in Francia, Germania, Giappone, Italia e Svezia.
Gli scienziati hanno affermato che la loro previsione si applicherebbe a tutti i buchi neri di braneworld, sia nel nostro sistema solare che oltre.
"Se la teoria di braneworld è corretta", hanno detto, "dovrebbero esserci molti, molti più buchi neri di braneworld in tutto l'universo, ognuno con la firma di una quarta dimensione dello spazio."
Fonte originale: Duke University
