Cientistas do Instituto Max Planck de Física Gravitacional concluíram que as ondas gravitacionais devem conter a marca das dimensões extras do espaço previstas pela teoria das cordas.
O século 20 deu ao mundo duas grandes teorias físicas - a teoria geral da relatividade (GR) e a mecânica quântica. O primeiro trata de espaço, tempo e gravidade. Por exemplo, ela explica por que os relógios funcionam um pouco mais devagar na superfície da Terra do que em órbita. Esses recursos devem ser levados em consideração ao criar sistemas GPS e GLONASS. A relatividade geral também lida com buracos negros e outras coisas interessantes.
A mecânica quântica é a ciência do comportamento dos menores constituintes da matéria, como os elétrons. Tornou-se a base para toda a eletrônica moderna, que nos deu computadores, telefones celulares e, em geral, tudo que é mais inteligente do que uma lâmpada.
Essas duas teorias têm uma falha lamentável: elas são incompatíveis uma com a outra. Se os aplicarmos ao mesmo objeto, a relatividade geral diz uma coisa e a mecânica quântica diz outra, e a contradição não pode ser eliminada de forma alguma. Isso não é tão importante na prática, porque os efeitos da relatividade geral são perceptíveis apenas para corpos muito massivos (planetas, estrelas, buracos negros) e efeitos quânticos - para os muito pequenos (partículas elementares). Mas os físicos há muito se preocupam com a incompatibilidade das duas maiores teorias físicas de nosso tempo. Por esta razão, os cientistas procuram uma teoria mais completa que “concilie” a mecânica quântica e a relatividade geral, e também descreva o micro e macrocosmo usando leis uniformes.
O candidato mais famoso para esse papel é a teoria das cordas. Isso realmente mostra como você pode eliminar a contradição e combinar as duas teorias. Mas tem sua desvantagem: ao contrário da relatividade geral e da própria mecânica quântica, ela desafia obstinadamente a verificação experimental. Os físicos brincam amargamente que testariam a teoria das cordas se tivessem um acelerador do tamanho de uma galáxia.
Como David Andriot e Gustavo Lucena Gómez, do Instituto Max Planck de Física Gravitacional da Alemanha descobriram, essa máquina gigante pode não ser necessária. A confirmação da teoria das cordas pode ser obtida pela observação de ondas gravitacionais - um fenômeno surpreendente há muito previsto pelos teóricos, mas descoberto experimentalmente apenas em 2015.
Lembremos que alguns processos grandiosos, por exemplo, colisões de buracos negros, perturbam o campo gravitacional e as ondas correm ao longo dele. A partir disso, todos os objetos capturados pela onda gravitacional começam a balançar ligeiramente com ela no tempo. Essas flutuações são muito pequenas para serem percebidas a olho nu. Além disso, na vida normal, eles são completamente bloqueados pela vibração de um carro que passa pela rua ou de um armário movido por um vizinho. Mas, especialmente criados para esses fins, detectores muito sensíveis, escondidos no subsolo e extremamente protegidos de todas as vibrações estranhas, podem captar uma onda gravitacional, o que aconteceu pela primeira vez há dois anos.
Mas, ao que parece, eles são capazes de dar não apenas esse resultado. De acordo com as descobertas de Andrio e Gomez, observar ondas gravitacionais pode apoiar a teoria das cordas. O fato é que, de acordo com esta teoria, o espaço não é tridimensional - é nove dimensional. Não notamos as seis dimensões extras porque são muito pequenas. Assim, o espelho nos parece liso, embora valha a pena olhar sua superfície através de um microscópio, e veremos nele “cadeias de montanhas” e “desfiladeiros” inteiras.
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As ondas gravitacionais, como mostram os autores do novo trabalho, devem “sentir” essas dimensões adicionais. Se estiverem presentes em ondas gravitacionais, um ritmo especial deve aparecer, que eles chamam de "modo respiratório". Se a "respiração" for detectada pelos detectores, esta será a primeira confirmação experimental da teoria das cordas. Além disso, um conjunto de sinais de alta frequência deve aparecer, semelhante a vários sons agudos repentinos - uma espécie de "gritos" ou "guinchos" que dimensões adicionais anunciarão sobre si mesmas.
Como os autores do estudo observam, o par de detectores LIGO carece de sensibilidade para detectar o "modo respiratório". Mas na Itália, o terceiro detector, VIRGO, está atualmente sendo atualizado. Ele começará a operar a plena capacidade em 2018, e então, talvez, a “respiração” das ondas gravitacionais seja registrada. Quanto ao segundo sinal de medidas adicionais - sinais de alta frequência - sua observação, infelizmente, requer a criação de um novo detector, uma vez que os dispositivos existentes são projetados para estudar sinais de baixa frequência e não de alta frequência.
Um artigo científico com os resultados do estudo foi publicado no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
