als je zwaartekrachtgolven gelooft De supersmash-up van twee neutronensterren op 130 miljoen lichtjaar afstand leverde geweldige aanwijzingen op om te onderzoeken hoeveel dimensies ons universum heeft. Michael Stevenson/UIG/Getty Images

Veel natuurkundige theorieën voorspellen meer dimensies dan de vier die we kennen en liefhebben (drie dimensies van ruimte, een keer). Het hebben van die extra dimensies zou handig zijn om enkele van de meest verwarrende mysteries van het universum te verklaren. Bijvoorbeeld, sommige theorieën die donkere materie en donkere energie verklaren, zijn verankerd in het idee dat er veel meer "extra" dimensies bestaan ​​naast de dimensies die we elke dag ervaren; ze zijn gewoon verdwijnend klein en erg moeilijk te observeren.

Vorig jaar, echter, het universum heeft ons een solide gegeven. Honderddertig miljoen lichtjaar verwijderd, twee neutronensterren botsten en fuseerden, de kosmos opblazen met een tsunami van zwaartekrachtsgolven die werden gedetecteerd door de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) in de VS en het Virgo-observatorium in Italië op 17 augustus, 2017. Daarnaast het evenement brak uit met een kilonova, het creëren van een zeer heldere gammastraaluitbarsting, zware elementen – zoals goud – in zijn kielzog achterlatend. De detectoren in de VS en Italië registreerden de rimpelingen in de ruimtetijd, terwijl NASA's Swift-ruimteobservatorium (en anderen) de elektromagnetische straling detecteerden.

Astrofysici hebben Echt enthousiast over dit evenement. Voor het eerst in de geschiedenis, ze observeerden zowel elektromagnetische golven als zwaartekrachtsgolven van dezelfde gebeurtenis - ze kunnen die twee signalen vergelijken om nieuwe ontdekkingen over ons universum te doen. Deze ontdekking, wat resulteerde in de Nobelprijs voor Natuurkunde voor wetenschappers van LIGO, luidde een nieuw tijdperk van "multi-messenger-astronomie" in (zie Zwaartekrachtgolfdetectoren ontdekken botsende neutronensterren - en ontdek een wetenschappelijke goudmijn).

Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben deze historische gebeurtenis gebruikt om in de lagen te peilen voorbij de vier dimensies van ruimte-tijd om te onthullen dat ons universum een ​​stuk eenvoudiger zou kunnen zijn dan sommige natuurkundige theorieën voorspellen.

Laten we teruggaan naar de mysteries van donkere materie en donkere energie die we noemden. Men denkt dat de overgrote meerderheid van de materie in het universum wordt belichaamd door dingen die we niet kunnen zien. Wij kunnen, echter, voel de zwaartekracht, dus we weten dat het er is - wat 'het' ook is. Donkere energie is nog raadselachtiger. Zoals donkere materie, donkere energie is "donker" omdat we niet echt weten wat het is. Maar we weten dat het daarbuiten is, en kosmologen geloven dat het verantwoordelijk is voor de versnelde uitdijing van het universum.

Er zijn veel theorieën voorgesteld voor zowel donkere materie als donkere energie, waarvan sommige het bestaan ​​van extra dimensies vereisen die verder gaan dan de vier die we kennen. interessant, zwaartekrachtsgolven zijn aangeboord als een mogelijk mechanisme dat kan worden gebruikt om dit onbekende extradimensionale rijk te onderzoeken.

Simpel gezegd, als zwaartekrachtgolven zich met de snelheid van het licht door de ruimtetijd voortplanten, wetenschappers denken dat een deel van de energie van de zwaartekrachtsgolven zal "lekken" naar extra dimensies, als deze extra dimensies bestaan. Dus, wanneer gedetecteerd door een zwaartekrachtsgolfobservatorium, de golven zouden een kleinere amplitude hebben dan voorspeld. Normale elektromagnetische straling (d.w.z. licht van een gammaflits), heeft geen interactie met deze extra dimensies en blijft ongewijzigd. Door het zwaartekrachtsgolfsignaal van de neutronensterbotsing vorig jaar te meten en te vergelijken met het elektromagnetische signaal, de twee moeten, in principe, een discrepantie vertonen als deze extra dimensies bestaan.

Helaas, volgens dit onderzoek, er was geen verschil, wat aangeeft dat zowel licht als zwaartekrachtsgolven alleen door vierdimensionale ruimte-tijd reisden - net zoals Einstein voorspelde met zijn algemene relativiteitstheorie, dezelfde theorie die meer dan een eeuw geleden het bestaan ​​van zwaartekrachtsgolven voorspelde.

Dit betekent niet noodzakelijk dat er geen extra dimensies bestaan ​​– het zou alleen kunnen betekenen dat onze theorieën over hoe zwaartekracht interageert met deze dimensies moeten worden aangepast of dat we gewoon meer multi-messenger-gebeurtenissen moeten meten – maar na slechts drie jaar sinds hun ontdekking, zwaartekrachtgolven komen hun belofte al na om enkele belangrijke kosmologische theorieën uit te dagen.