Braneworld sfida la relatività generale di Einstein. Credito immagine: NASA. clicca per ingrandire
Gli scienziati sono stati incuriositi per anni dalla possibilità che ci siano dimensioni aggiuntive oltre alle tre che noi umani possiamo capire. Ora i ricercatori delle università Duke e Rutgers pensano che ci sia un modo per testare la teoria a cinque dimensioni (4 dimensioni spaziali più tempo) della gravità che compete con la teoria della relatività generale di Einstein. Questa dimensione extra dovrebbe avere effetti nel cosmo rilevabili dai satelliti il cui lancio è previsto nei prossimi anni.
Gli scienziati delle università Duke e Rutgers hanno sviluppato una struttura matematica che, secondo loro, consentirà agli astronomi di testare una nuova teoria della gravità a cinque dimensioni che compete con la teoria della relatività generale di Einstein.
Charles R. Keeton di Rutgers e Arlie O. Petters di Duke basano il loro lavoro su una teoria recente chiamata modello gravitazionale Randall-Sundrum di tipo II. La teoria sostiene che l'universo visibile sia una membrana (da cui 'mondo brane') incastonata all'interno di un universo più grande, proprio come un filo di alghe velate che galleggia nell'oceano. L''universo braneworld' ha cinque dimensioni - quattro dimensioni spaziali più il tempo - rispetto alle quattro dimensioni - tre spaziali, più il tempo - esposte nella Teoria della Relatività Generale.
La struttura sviluppata da Keeton e Petters prevede alcuni effetti cosmologici che, se osservati, dovrebbero aiutare gli scienziati a convalidare la teoria del mondo delle brane. Le osservazioni, hanno detto, dovrebbero essere possibili con i satelliti programmati per il lancio nei prossimi anni.
Se la teoria del mondo delle brane si rivelasse vera, 'questo sconvolgerebbe il carrello delle mele', ha detto Petters. “Confermerebbe che c'è un 4a dimensione allo spazio, il 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 un professore di astronomia e fisica alla Rutgers e Petters è un professore di matematica e fisica alla Duke. La loro ricerca è finanziata dalla National Science Foundation.
Il modello del braneworld Randall-Sundrum - chiamato per i suoi creatori, i fisici Lisa Randall dell'Università di Harvard 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 della Relatività Generale.
Keeton e Petters si sono concentrati su una particolare conseguenza gravitazionale della teoria del mondo brane che la distingue dalla teoria di Einstein.
La teoria del mondo delle brane prevede che i 'buchi neri' relativamente piccoli creati nell'universo primordiale siano sopravvissuti fino al presente. I buchi neri, con massa simile a un minuscolo asteroide, farebbero parte della 'materia oscura' nell'universo. Come suggerisce il nome, la materia oscura non emette né riflette la luce, ma esercita una forza gravitazionale.
La Teoria della Relatività Generale, invece, prevede che tali buchi neri primordiali non esistano più, poiché sarebbero ormai evaporati.
'Quando abbiamo stimato la distanza dei buchi neri di Braneworld dalla Terra, siamo rimasti sorpresi nello scoprire che i più vicini si sarebbero trovati bene all'interno dell'orbita di Plutone', ha detto Keeton.
Petters ha aggiunto: 'Se i buchi neri di Braneworld formano anche l'1 percento della materia oscura nella nostra parte della galassia - un'ipotesi prudente - dovrebbero esserci diverse migliaia di buchi neri di Braneworld nel nostro sistema solare'.
Ma i buchi neri del mondo di brane esistono davvero e quindi rappresentano una prova della teoria del mondo di brane 5-D?
Gli scienziati hanno dimostrato che dovrebbe essere possibile rispondere a questa domanda osservando gli effetti che i buchi neri di Braneworld eserciterebbero sulla radiazione elettromagnetica che viaggia verso la Terra da altre galassie. Qualsiasi radiazione di questo tipo che passa vicino a un buco nero sarà influenzata dalle tremende forze gravitazionali dell'oggetto, un effetto chiamato 'lente gravitazionale'.
'Un buon posto per cercare la lente gravitazionale dei buchi neri di Braneworld è nelle esplosioni di raggi gamma che arrivano sulla Terra', ha detto Keeton. Si pensa che questi lampi di raggi gamma siano prodotti da enormi esplosioni in tutto l'universo. Tali esplosioni dallo spazio sono state scoperte inavvertitamente dall'aeronautica statunitense negli anni '60.
Keeton e Petters calcolarono che i buchi neri di Braneworld impedirebbero i raggi gamma nello stesso modo in cui una roccia in uno stagno ostruisce le increspature che passano. La roccia produce uno 'schema di interferenza' nella sua scia in cui alcuni picchi di ripple sono più alti, alcuni avvallamenti sono più profondi e alcuni picchi e avvallamenti si annullano a vicenda. Il pattern 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 un lampo di raggi gamma mentre viaggiano verso la Terra, hanno detto Keeton e Petters. Gli scienziati hanno previsto le 'frange' luminose e scure risultanti nel modello di interferenza, che secondo loro forniscono un mezzo per dedurre le caratteristiche dei buchi neri del mondo brane e, a loro volta, dello spazio e del tempo.
'Abbiamo scoperto che la firma di una quarta dimensione dello spazio appare nei modelli di interferenza', ha detto Petters. 'Questa dimensione spaziale extra crea una contrazione tra le frange rispetto a ciò che otterresti in Relatività Generale'.
Petters e Keeton hanno affermato che dovrebbe essere possibile misurare i modelli di frangia dei raggi gamma previsti utilizzando il telescopio spaziale per grandi aree di raggi gamma, 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 del pianeta brane, sia nel nostro sistema solare che oltre.
'Se la teoria del mondo di brane è corretta', hanno detto, 'dovrebbero esserci molti, molti più buchi neri del mondo di brane in tutto l'universo, ciascuno con la firma di una quarta dimensione dello spazio'.
Fonte originale: Duke University