Vědci ověřují, zda jiné dimenze oslabují gravitaci

aktualizováno 
Vědci předpokládají, že gravitace je oslabována únikem do dalších dimenzí. Teorii chtějí nyní ověřit experimentem.

Vědci se chystají potvrdit existenci skrytých prostorových dimenzí. V článku  "Začal hon na čtvrtou dimenzi" jsme vás informovali o plánu amerických fyziků experimentálně dokázat kosmologický model, podle něhož je náš svět, vesmír, ponořen v ještě mohutnějším kosmu s jednou prostorovou dimenzí navíc - se čtvrtou dimenzí.

Nyní se podívejme na jiný experiment, který má ověřit předpovědi superstrunové/M-teorie (viz rámeček), o kterou se kosmologický model opíral. Půjde o experiment, kterým se vědci pokusí mimo jiné zjistit únik gravitace do dodatečných prostorových rozměrů.

Chystaný projekt má odhalit skryté prostorové rozměry a otestovat alternativní teorii gravitace. Nová studie publikovaná dvěma fyziky z Indie a Ukrajiny obsahuje recept, jak prověřit jedny z nejelegantnějších fyzikálních teorií.

Ať už superstrunová teorie, nebo ještě majestátnější M-teorie (viz rámeček), v kterých fyzici splétají do jednoho konzistentního celku všechny fundamentální síly světa a vlastnosti hmoty, si žádají existenci více než tří známých rozměrů. Krom toho předpovídají, že gravitace — ta nejslabší fundamentální síla — není slabá „od přírody“, nýbrž že její „vetchost“ je způsobena jejím únikem právě do dodatečných prostorových rozměrů.

Nalezneme jinou dimenzi?

Jak teoretici ve svých výpočtech ukázali, tento únik gravitace má za následek porušení klasického zákona převrácených čtverců na malých vzdálenostech, kde tedy neplatí, že gravitační síla klesá s druhou mocninou vzdálenosti (tj. již není pravda, že zvětší-li se mezi danými tělesy vzdálenost dvakrát, gravitační síla klesne čtyřikrát). Ač Newtonův zákon převrácených čtverců platí na běžných vzdálenostech skvěle, na menších škálách se ho fyzikům podařilo potvrdit pouze na vzdálenostech kolem desetiny milimetru.

S měřením na submilimetrových vzdálenostech je to velmi složité proto, že je rušeno mj. kvantovými efekty a elektromagnetickou silou (která je mnohem, mnohem silnější — např. pro soustavu elektron-proton je elektrickostatická síla řádově 1039krát větší než síla gravitační). Právě v těchto měřítkách by zjištění odchylky znamenalo velké plus pro superstrunovou/M-teorii a vůbec by takovýto výsledek byl něčím senzačním — vždyť bychom nalezli stopu po jiných, nám skrytých dimenzích.

Nyní fyzici Jurij Štanov z Bogolijubova ústavu teoretické fyziky v Kyjevě a Varun Sahni z Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics v Pune v Indii navrhli jiný způsob, jak gravitaci měřit na malých vzdálenostech. Chtějí k tomu použít „sluneční soustavu v plechovce“.

Soustava složená z několika kuliček by měla být na palubě kosmického plavidla, které by zakotvilo v Lagrangeově bodě L2 (viz obrázek). Bod L2 je od Země vzdálen asi čtyřikrát více než Měsíc. Plavidlo v něm by vzhledem k Zemi bylo stacionární, což by vědcům usnadnilo jeho kontrolu. Jelikož Lagrangeův bod leží na noční straně, tj. za Zemí, Země by plavidlo chránila před slunečním zářením, které by mohlo připravovaný experiment narušit.

Náčrtek poloh Lagrangeových bodů
Náčrtek poloh Lagrangeových bodů 

Umělá sluneční soustava by byla uvedena do pohybu, jakmile by plavidlo zakotvilo v Lagrangeově bodě. Wolframová kulička o průměru osmi centimetrů by představovala slunce, kolem ní by obíhala menší testovací kulička s největším poloměrem dráhy deset centimetrů. Miniaturní planeta by wolframové slunce obíhala třitisícekrát do roka.

Vyšší dimenze

Uniká-li gravitace do dodatečných rozměrů, mírná změna gravitační síly by měla mít za následek, že eliptická dráha se bude stáčet, měla by tedy způsobit její mírnou precesi. Sahni a Štanov své výpočty založili na modelu Randallové a Sundruma II. typu, podle kterého náš trojrozměrný vesmír je tzv. trojbránou ve čtyřrozměrném prostoru světů s nekonečnou čtvrtou dodatečnou dimenzí (chcete-li, náš svět je trojrozměrnou nadplochou ve čtyřrozměrném prostoru světů). Zjistili, že dráha kuličky by se stáčela o 1/3600° za jeden rok. Ač se úhel může zdát malý, podle fyziků je dostatečně velký, aby se dal změřit.

Umělá sluneční soustava může také otestovat další teorii, Milgromovu MOND teorii z roku 1983 (Modified Newtonian Dynamics), což je jakási alternativní teorie gravitace, podle které je gravitace na větších vzdálenostech silnější, než předpovídá Einsteinova obecná teorie relativity.

Zatímco spousta vědců se snaží odkrýt podstatu skryté hmoty (viz např. článek Vědci se pokusí odhalit skrytou hmotu vesmíru), MOND teorie vysvětluje pohyb galaxií bez potřeby zavedení této skryté substance. Jak někteří tvrdí, MOND by mohlo také vysvětlit, proč sondy Pioneer 10 a 11 zpomalují víc, než se čekalo.

Podle Milgroma k odchylce od Einsteinovy obecné relativity dochází pod určitou hranicí zrychlení (1,2.10-8 cm/s2). Jak vědci říkají, této hranice se může dosáhnout, když kolem wolframového slunce nechají obíhat další testovací planetu ve větší vzdálenosti. Mírný rozdíl v gravitační síle by způsobil, že planeta by se pohybovala rychleji, než plyne z obecné relativity.

Teorie vs. praxe

Teoretické výpočty jsou sice důležitým krokem, ovšem jak je na tom případná realizace v praxi? Jisté těžkosti, s nimiž by se vědci museli vypořádat, existují. Za prvé, měření by mohla rušit elektrostatická pole nabitých částic nacházejících se kolem lodě — tyto takzvané kosmické paprsky by mohly mít na pohyb „planet“ značný vliv.

Nejen prostředí kolem lodi je nositelem problémů, ale i samotná loď by měla na měření neblahé účinky. A to se týká všech součástek lodi, které by na miniaturní planety gravitačně působily. Tyto silové účinky by však mohly být do jisté míry eliminovány symetrickým tvarem lodi, tj. vědci by museli postavit tak symetrické plavidlo, jak je to jen možné, a nejtěžší komponenty umístit co nejdál od miniaturní sluneční soustavy.

Stacy McGaugh, expert na MOND teorii z Marylandské univerzity, říká, že „připravit takovýto experiment by bylo docela složité, avšak nemyslím si, že je to technický nemožné“.

Kupříkladu satelit NASA nazvaný Gravity Probe B, který má za úkol otestovat předpověď obecné teorie relativity ohledně strhávaní časoprostoru rotujícími tělesy, se také podařilo postavit s neskonalou přesností. Jeho součástí jsou zatím nejdokonalejší koule, které kdy byly vyrobeny.

Experti si mohou odborný článek obou autorů stáhnout z archivu Cornellovy univerzity: APSIS - an Artificial Planetary System in Space to probe extra-dimensional gravity and MOND.

Více informací o teorii superstrun/M-teorii najdete v článku Hon na čtvrtou prostorovou dimenzi a stejně tak se zde dočtete o kosmologických modelech bránových světů.

 Superstrunová/M-teorie

Podle teorie superstrun nejsou částice bodové, nýbrž všechny druhy částic hmoty i pole jsou tvořeny vibrujícími strunami (otevřenými i uzavřenými). Neexistuje žádná „elektronová struna“ nebo „kvarková struna“, nýbrž jen jediná struna, která svým způsobem kmitání (tzv. vibračním modem) určuje charakter částice (hmotnost, náboj, spin...).

Teorie superstrun si však krom tří prostorových dimenzí a jedné časové žádá existenci dalších šesti prostorových rozměrů. Jak fyzici ukázali, šest dodatečných prostorů by mohlo být stočeno (kompaktifikováno) v každém bodě trojrozměrného prostoru do malinkých prostůrků, tzv. Calabiho-Yauových variet. V průběhu let fyzici vyvinuli pět na první pohled odlišných teorií strun. Až v polovině devadesátých let Ed Witten ukázal, že všechny jsou ekvivalentní; z Wittenových výpočtů se vynořila ještě jedna dimenze, která je však ještě menší než extra dimenze původních teorií strun.

Svět tak podle M-teorie má celkově deset prostorových rozměrů a jeden časový. Žijeme tedy v jedenáctirozměrném časoprostoru.

Více o superstrunové/M-teorii naleznete v knihách Briana Greenea Elegantní vesmír (překl. Luboš Motl, Mladá fronta, 2001) a Struktura vesmíru (překl. Oldřich Klimánek, Paseka, 2006).




Nepřehlédněte:

Nejčtenější

Miliony uživatelů řeší problémy s Windows 10. Někomu i zrudla obrazovka

Aktualizace Windows 10

Kontrola aktualizací Windows se v poslední době Microsoftu nedaří tak, jak by měla. Nové aktualizace přinášejí řadě...

USA by mohly prohrát omezený konflikt s Čínou, soudí vědci ze Sydney

Americká ponorka USS Hawaii na manévrech RIMPAC 2018 u Havajských ostrovů

Vojenská nadřazenost Američanů v Jihočínském a Východočínském moři je věcí minulosti. Jejich ozbrojené síly jsou...

Kdy ani ochranný oblek nepomůže. Co dokáže granát nebo zákeřná motýlí puma

Podívejte se s námi k pyrotechnikům PČR

„Pokud mě uvidíte utíkat, snažte se mě předběhnout.“ Vtip, který laika pobaví, ale z pohledu pyrotechnika je otřepaný a...

Proč byli někteří dinosauři tak velcí? Měli něco, co savci ne

Jedním z evolučních důvodů gigantických rozměrů sauropodů byla pasivní obrana...

Největší suchozemští tvorové všech dob, pravěcí sauropodi, byli výrazně větší než všechna zvířata, která známe z naší...

Podílel se na revolučním objevu. Teď se bojí, jak ho veřejnost přijme

Samuel Sternberg se podílel na objevu nástroje na editaci genu (CRISPR)

Geneticky modifikované děti jsou nezodpovědný, hloupý experiment, myslí si Samuel Sternberg. Americký genetik, který se...

Další z rubriky

U Měsíce bude obytná stanice. NASA ji tam chce postavit v roce 2024

Ilustrace lodi Orion blížící se k měsíční vesmírné stanici Gateway.

Mezinárodní vesmírná stanice bude mít možná již za pět let svého menšího sourozence. Nebude však kroužit kolem Země,...

Družici se marně snažili dostat pod kontrolu. Jaderný reaktor zasáhl Kanadu

Druhý největší nalezený díl Kosmosu 954 na zamrzlém Velkém Otročím jezeře....

Co se stane, když satelit s jaderným reaktorem na palubě spadne na Zem? O tom se mohli nejlépe přesvědčit Kanaďané v...

Na Měsíci je život. Pochází ze Země, zanesla jej tam izraelská havárie

Na Měsíci je nyní tisíce želvušek (Milnesium tardigradum), které přežijí...

Člověk na Měsíc nevkročil od roku 1972. Přesto lze říci, že na něm je pozemský život. Izraelská sonda Berešit totiž na...

Advantage Consulting, s.r.o.
ZÁSTUPCE VEDOUCÍHO SMĚNY VE VÝROBĚ

Advantage Consulting, s.r.o.
Plzeňský kraj
nabízený plat: 30 000 - 32 000 Kč

Najdete na iDNES.cz