Bare fire dimensioner i universet,

Mange fysiksteorier forudsiger flere dimensioner ud over de fire, vi kender og elsker (tre dimensioner af rummet, en gang). At have disse ekstra dimensioner ville være praktisk til at forklare nogle af universets mest forvirrende mysterier. For eksempel, nogle teorier, der forklarer mørkt stof og mørk energi, er forankret i tanken om, at der er mange flere "ekstra" dimensioner, der findes ved siden af ​​dem, vi oplever hver dag; de er bare forsvindende små og meget svære at observere.

Sidste år, imidlertid, universet gjorde os et solidt. Hundrede og tredive millioner lysår væk, to neutronstjerner kolliderede og fusionerede, sprængning af kosmos med en tsunami af gravitationsbølger, der blev opdaget af Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) i USA og Virgo-observatoriet i Italien den 17. august, 2017. Desuden begivenheden brød ud med en kilonova, skaber et meget lyst gamma-ray burst, efterlader tunge elementer - som guld - i kølvandet. Detektorerne i USA og Italien registrerede krusninger i rumtid, mens NASAs Swift rumobservatorium (og andre) opdagede den elektromagnetiske stråling.

Astrofysikere fik virkelig begejstret for denne begivenhed. For første gang i historien, de observerede både elektromagnetiske bølger og gravitationsbølger fra den samme begivenhed - de kan sammenligne disse to signaler for at gøre nye opdagelser om vores univers. Denne opdagelse, hvilket resulterede i Nobelprisen i fysik for forskere ved LIGO, indvarslede en ny tidsalder for "multi-messenger astronomy" (se Gravitationsbølgedetektorer Opdag kolliderende neutronstjerner-og afdæk en videnskabelig guldgrube).

Nu, forskere har brugt denne historiske begivenhed til at undersøge lagene ud over rum-tidens fire dimensioner for at afsløre, at vores univers måske er meget enklere end nogle fysikteorier forudsiger.

Lad os vende tilbage til mysterierne om mørkt stof og mørk energi, vi nævnte. Langt størstedelen af ​​materien i universet menes at være legemliggjort af ting, som vi ikke kan se. Vi kan, imidlertid, mærke dens tyngdekraftseffekter, så vi ved, at det er der - uanset hvad "det" er. Mørk energi er endnu mere forvirrende. Ligesom mørkt stof, mørk energi er "mørk", fordi vi ikke rigtig ved, hvad det er. Men vi ved, at det er derude, og kosmologer mener, at det er ansvarligt for at drive universets acceleration af ekspansion.

Mange teorier er blevet foreslået for både mørkt stof og mørk energi, hvoraf nogle kræver eksistensen af ​​ekstra dimensioner ud over de fire, vi kender. Interessant nok, gravitationsbølger er blevet udnyttet som en mulig mekanisme, der kan bruges til at undersøge dette ukendte ekstradimensionelle rige.

Kort sagt, som gravitationsbølger formerer sig med lysets hastighed gennem rumtiden, forskere tror, ​​at nogle af gravitationsbølgernes energi vil "sive" ind i ekstra dimensioner, hvis disse ekstra dimensioner eksisterer. Så, når det opdages af et gravitationsbølgeobservatorium, bølgerne ville have en mindre amplitude end forudsagt. Normal elektromagnetisk stråling (dvs. lys fra et gammastråleudbrud), interagerer ikke med disse ekstra dimensioner og forbliver uændret. Ved at måle tyngdebølgesignalet fra sidste års neutronstjernekollision og sammenligne det med det elektromagnetiske signal, de to skulle, i princippet, udviser en uoverensstemmelse, hvis disse ekstra dimensioner eksisterer.

Ak, ifølge denne forskning, der var ingen forskel, hvilket indikerer, at både lys- og gravitationsbølger kun rejste gennem det fire-dimensionelle rum-tid-ligesom Einstein forudsagde med sin teori om generel relativitet, den samme teori, der forudsagde eksistensen af ​​gravitationsbølger for over et århundrede siden.

Dette betyder ikke nødvendigvis, at ekstra dimensioner ikke eksisterer-det kan bare betyde, at vores teorier om, hvordan tyngdekraften interagerer med disse dimensioner, skal ændres, eller at vi simpelthen skal måle flere multi-messenger-begivenheder-men efter kun tre år siden deres opdagelse, gravitationsbølger lever allerede op til deres løfte om at udfordre nogle vigtige kosmologiske teorier.