Βαρύτητα, Πολλαπλές Διαστάσεις και Μικροσκοπικές Μαύρες Τρύπες

Από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης, η βαρύτητα είναι η πιο περίεργη. Πάνω σε «μικρές» αποστάσεις, η βαρύτητα είναι ακόμα βασιλιάς, καθώς είναι κυρίαρχος των ηλιακών συστημάτων, η "κόλλα" που τους κρατά μαζί . Ωστόσο, οι μικρότεροι μαγνήτες αψηφούν τη βαρύτητα με σχετική ευκολία. Γιατί είναι η βαρύτητα τόσο αδύναμη; Για αιώνες, οι φυσικοί έχουν προσπαθήσει να απαντήσουν σε αυτό ακριβώς το ερώτημα.

Εδώ έρχεται η βαρύτητα και άλλες διαστάσεις μαζί για να σχηματίσουν μία από τις θεωρίες της βαρύτητας. Υποθετικά, η βαρύτητα θα μπορούσε κυριολεκτικά να διαρρεύσει ή να διαπερνά σε άλλες διαστάσεις, αυτή η χαμένη βαρυτική ενέργεια σημαίνει ότι δεν αισθανόμαστε την πλήρη ισχύ της δύναμης της. Αυτές οι διαστάσεις θα μπορούσαν να έρθουν σε διάφορες μορφές . Μία τέτοια υπόθεση προτείνει ότι αυτές οι διαστάσεις είναι μικρότερες από ότι τα άτομα. Μια άλλη ιδέα προτείνει ότι αυτές οι εναλλακτικές διαστάσεις είναι το ίδιο το «μέγεθος» με το δικό μας και απλά «στοιβάζονται» αποπάνω και αποκάτω μας. Αυτό θα μπορούσε ενδεχομένως να βοηθήσει να απαντήσουμε σε δύο άλλα διαπρεπή ερωτήματα για τη φύση του σύμπαντος με ιδιαίτερη αναφορά στη φύση της σκοτεινής ενέργειας και τον πληθωρισμό.

Από την προοπτική της σκοτεινής ενέργειας, αν η βαρύτητα διαπερνά σε άλλες διαστάσεις του χώρου, δεν θα είναι τόσο ισχυρή στο σύμπαν μας, η οποία θα επιτρέψει στο σύμπαν να επεκταθεί ταχύτερα από ότι αναμενόταν αρχικά. Επιπλέον, αυτή η διαρροή θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει την φύση της σκοτεινής ύλης. Αν η βαρύτητα διαρρέει μεταξύ διαστάσεων, είναι πιθανό η βαρύτητα από άλλες διαστάσεις να διαρρέει προς την δική μας. "Η σκοτεινή ύλη" στη συνέχεια γίνεται το βαρυτικό αποτύπωμα από αντικείμενα σε εναλλακτικές διαστάσεις.

Βέβαια υπάρχει ένα πρόβλημα. Πριν μπορέσουμε να αποδείξουμε κάποιες από αυτές τις υποθέσεις, πρέπει να καθοριστεί αν πράγματι υπάρχουν και άλλες διαστάσεις. Αυτή την στιγμή, μία από τις καλύτερες μεθόδους για να τεστάρουμε αν υπάρχουν εναλλακτικές διαστάσεις είναι να ψάξουμε για σωματίδια που είναι προβλεπόμενο να υπάρχουν σε άλλες διαστάσεις. Ένα παράδειγμα τέτοιου σωματιδίου θα πρέπει να είναι τα σωματίδια στην κατάσταση που περιγράφει η θεωρία Kaluza Klein. Βασικά, με τον ίδιο τρόπο τα άτομα έχουν υψηλές και χαμηλές ενεργειακές καταστάσεις, τα σωματίδια έχουν χαμηλή και υψηλή μαζική κατάσταση. Ένα σωματίδιο σε κατάσταση Kaluza Klein υπάρχει σε μία υψηλότερη μάζα από το φυσιολογικό ομόλογό του.

Μια άλλη δοκιμή για υψηλότερες διαστάσεις θα ήταν να παρατηρήσουμε μια ολίσθηση βαρυτονίων (γκραβιτονίων) σε μια άλλη διάσταση. Ο κύριος τρόπος με τον οποίο θα μπορούσε να επιτευχθεί θα ήταν για τους επιστήμονες να συνθλίψουν μια δέσμη σωματιδίων μεταξύ τους και να ανακαλύψουν ελλείπουσα μάζα. Η μάζα που λείπει θα είναι, υποθετικά, βαρυτόνιο που έχει διαρρεύσει σε μια άλλη διάσταση. Φυσικά για να λειτουργήσει ένα τέτοιο πείραμα, πρέπει πρώτα να αποδειχθεί η ύπαρξη ή μη βαρυτονίου. Ένα βαρυτόνιο είναι το υποθετικό στοιχειώδες σωματίδιο-φορέας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης (με τον ίδιο τρόπο το φωτόνιο είναι ο φορέας ισχύς για την ηλεκτρομαγνητική δύναμη). Προς το παρόν, η βαρύτητα είναι η μόνη δύναμη χωρίς φορέα δύναμης.

Μια άλλη τέτοια μέθοδος θα ήταν να αξιοποιηθεί η δύναμη των μαύρων οπών και η δημιουργία τους στο εργαστήριο. Βέβαια, θα ήταν μικροσκοπικές μαύρες τρύπες με υπολειπόμενη διάρκεια ζωής μόνο 10^-27 δευτερόλεπτα, αλλά αυτό δεν ακούγεται τόσο τρομακτικό. Ο LHC είναι σήμερα ο μόνος επιταχυντής που μπορεί να παράγει συγκρούσεις σε αρκετή ενέργεια για να δημιουργήσει αυτές τις μικρές μαύρες τρύπες. Οι επιστήμονες μπορούν στη συνέχεια να μελετήσουν τον ρυθμό διάσπασής τους και τα πρότυπα (όπως προβλέπεται από το Καθιερωμένο Μοντέλο), τα οποία θα τους επιτρέψουν να εξετάσουν τη φύση των άλλων διαστάσεων και άλλες άγνωστες περιοχές της φυσικής.

Photo Credit: NASA/CERN/Ian O'Neil
ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ειρήνη Μαντζουράνη