Gli scienziati del Max Planck Institute for Gravitational Physics hanno concluso che le onde gravitazionali devono portare l'impronta delle dimensioni extra dello spazio previste dalla teoria delle stringhe.
Il 20 ° secolo ha dato al mondo due grandi teorie fisiche: la teoria generale della relatività (GR) e la meccanica quantistica. Il primo si occupa di spazio, tempo e gravità. Ad esempio, spiega perché gli orologi funzioneranno leggermente più lentamente sulla superficie della Terra che in orbita. Tali caratteristiche devono essere prese in considerazione durante la creazione di sistemi GPS e GLONASS. La relatività generale si occupa anche di buchi neri e altre cose interessanti.
La meccanica quantistica è la scienza del comportamento dei più piccoli costituenti della materia, come gli elettroni. È diventata la base per tutta l'elettronica moderna, che ci ha dato computer, telefoni cellulari e in generale tutto ciò che è più intelligente di una lampadina.
Queste due teorie hanno uno sfortunato difetto: sono incompatibili tra loro. Se li applichiamo allo stesso oggetto, allora la relatività generale dice una cosa, e la meccanica quantistica ne dice un'altra, e la contraddizione non può essere eliminata in alcun modo. Questo non è così importante in pratica, perché gli effetti della relatività generale sono evidenti solo per corpi molto massicci (pianeti, stelle, buchi neri) e per effetti quantistici - per quelli molto piccoli (particelle elementari). Ma i fisici sono da tempo preoccupati per l'incompatibilità delle due più grandi teorie fisiche del nostro tempo. Per questo motivo, gli scienziati stanno cercando una teoria più completa che "riconcilierà" la meccanica quantistica e la relatività generale e descriverà anche il micro e il macrocosmo utilizzando leggi uniformi.
Il candidato più famoso per questo ruolo è la teoria delle stringhe. Mostra davvero come eliminare la contraddizione e combinare le due teorie. Ma ha il suo svantaggio: a differenza della relatività generale e della meccanica quantistica stessa, sfida ostinatamente la verifica sperimentale. I fisici scherzano amaramente sul fatto che testerebbero la teoria delle stringhe se avessero un acceleratore delle dimensioni di una galassia.
Come hanno scoperto David Andriot e Gustavo Lucena Gómez dell'Istituto tedesco Max Planck di fisica gravitazionale, una macchina così gigante potrebbe non essere necessaria. La conferma della teoria delle stringhe può essere ottenuta osservando le onde gravitazionali, un fenomeno sorprendente a lungo previsto dai teorici, ma scoperto sperimentalmente solo nel 2015.
Ricordiamo che alcuni processi grandiosi, ad esempio le collisioni di buchi neri, disturbano il campo gravitazionale e le onde lo percorrono. Da questo, tutti gli oggetti catturati nell'onda gravitazionale iniziano a oscillare leggermente con essa nel tempo. Queste fluttuazioni sono troppo piccole per essere notate ad occhio nudo. Inoltre, nella vita ordinaria, sono completamente bloccati dalle vibrazioni di un'auto che percorre la strada o di un armadietto spostato da un vicino. Ma creati appositamente per questi scopi, rilevatori molto sensibili, nascosti in profondità nel sottosuolo ed estremamente protetti da tutte le vibrazioni estranee, possono captare un'onda gravitazionale, avvenuta per la prima volta due anni fa.
Ma, a quanto pare, sono in grado di dare non solo questo risultato. Secondo le scoperte di Andrio e Gomez, l'osservazione delle onde gravitazionali potrebbe supportare la teoria delle stringhe. Il fatto è che, secondo questa teoria, lo spazio non è affatto tridimensionale, è a nove dimensioni. Non notiamo le sei dimensioni extra perché sono troppo piccole. Quindi, lo specchio ci sembra liscio, anche se vale la pena guardare la sua superficie al microscopio, e vedremo intere “catene montuose” e “gole” su di esso.
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Le onde gravitazionali, come dimostrano gli autori del nuovo lavoro, devono “sentire” queste dimensioni aggiuntive. Se sono presenti nelle onde gravitazionali, dovrebbe apparire un ritmo speciale, che chiamano "modalità di respirazione". Se il "respiro" viene rilevato dai rilevatori, questa sarà la prima conferma sperimentale della teoria delle stringhe. Inoltre, dovrebbe apparire una serie di segnali ad alta frequenza, simili a diversi suoni acuti improvvisi - una sorta di "urla" o "squittii" che ulteriori dimensioni annunciano su se stesse.
Come notano gli autori dello studio, la coppia di rilevatori LIGO non ha la sensibilità per rilevare la "modalità di respirazione". Ma in Italia, il terzo rilevatore, VIRGO, è attualmente in fase di aggiornamento. Inizierà a funzionare a pieno regime nel 2018, quindi, forse, verrà registrato il "respiro" delle onde gravitazionali. Per quanto riguarda il secondo segno di misurazioni aggiuntive - segnali ad alta frequenza - la loro osservazione, purtroppo, richiede la creazione di un nuovo rilevatore, poiché i dispositivi esistenti sono progettati per studiare segnali a bassa frequenza e non ad alta frequenza.
Un articolo scientifico con i risultati dello studio è stato pubblicato sul Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
