Braneworld desafía la relatividad general de Einstein. Click para agrandar
Los científicos han estado intrigados durante años sobre la posibilidad de que haya dimensiones adicionales más allá de las tres que los humanos podemos entender. Ahora los investigadores de las universidades de Duke y Rutgers piensan que hay una forma de evaluar la teoría de cinco dimensiones (4 dimensiones espaciales más el tiempo) de gravedad que compite con la Teoría general de la relatividad de Einstein. Esta dimensión adicional debería tener efectos en el cosmos que sean detectables por los satélites programados para su lanzamiento en los próximos años.
Los científicos de las universidades de Duke y Rutgers han desarrollado un marco matemático que, según dicen, permitirá a los astrónomos probar una nueva teoría de la gravedad de cinco dimensiones que compite con la Teoría general de la relatividad de Einstein.
Charles R. Keeton de Rutgers y Arlie O. Petters de Duke basan su trabajo en una teoría reciente llamada modelo de gravedad del mundo nuevo Randall-Sundrum tipo II. La teoría sostiene que el universo visible es una membrana (por lo tanto, "mundo nuevo") incrustada dentro de un universo más grande, muy parecido a una hebra de algas marinas flotando en el océano. El "universo del mundo nuevo" tiene cinco dimensiones, cuatro dimensiones espaciales más tiempo, en comparación con las cuatro dimensiones, tres espaciales, más tiempo, establecidas en la Teoría general de la relatividad.
El marco desarrollado por Keeton y Petters predice ciertos efectos cosmológicos que, si se observan, deberían ayudar a los científicos a validar la teoría del mundo nuevo. Las observaciones, dijeron, deberían ser posibles con satélites programados para su lanzamiento en los próximos años.
Si la teoría del mundo nuevo demuestra ser cierta, "esto alteraría la carreta de manzanas", dijo Petters. "Confirmaría que hay una cuarta dimensión en el espacio, lo que crearía un cambio filosófico en nuestra comprensión del mundo natural".
Los hallazgos de los científicos aparecieron el 24 de mayo de 2006 en la edición en línea de la revista Physical Review D. Keeton es profesor de astronomía y física en Rutgers, y Petters es profesor de matemáticas y física en Duke. Su investigación es financiada por la National Science Foundation.
El modelo del mundo nuevo de Randall-Sundrum, llamado así por sus creadores, los físicos Lisa Randall de la Universidad de Harvard y Raman Sundrum de la Universidad Johns Hopkins, proporciona una descripción matemática de cómo la gravedad da forma al universo que difiere de la descripción ofrecida por la Teoría general de la relatividad.
Keeton y Petters se centraron en una consecuencia gravitacional particular de la teoría del mundo nuevo que la distingue de la teoría de Einstein.
La teoría del mundo nuevo predice que los "agujeros negros" relativamente pequeños creados en el universo primitivo han sobrevivido hasta el presente. Los agujeros negros, con una masa similar a un pequeño asteroide, serían parte de la "materia oscura" en el universo. Como su nombre indica, la materia oscura no emite ni refleja luz, pero ejerce una fuerza gravitacional.
La teoría general de la relatividad, por otro lado, predice que tales agujeros negros primordiales ya no existen, ya que se habrían evaporado ahora.
"Cuando estimamos qué tan lejos podrían estar los agujeros negros del mundo nuevo de la Tierra, nos sorprendió descubrir que los más cercanos estarían bien dentro de la órbita de Plutón", dijo Keeton.
Petters agregó: "Si los agujeros negros del mundo nuevo forman incluso el 1 por ciento de la materia oscura en nuestra parte de la galaxia, una suposición cautelosa, debería haber varios miles de agujeros negros del mundo nuevo en nuestro sistema solar".
Pero, ¿existen realmente los agujeros negros del mundo nuevo y, por lo tanto, son una evidencia de la teoría 5-D del mundo nuevo?
Los científicos demostraron que debería ser posible responder a esta pregunta observando los efectos que los agujeros negros del mundo nuevo ejercerían sobre la radiación electromagnética que viaja a la Tierra desde otras galaxias. Cualquier radiación de ese tipo que pase cerca de un agujero negro se verá afectada por las tremendas fuerzas gravitacionales del objeto, un efecto llamado "lente gravitacional".
"Un buen lugar para buscar lentes gravitacionales por los agujeros negros del mundo nuevo es en estallidos de rayos gamma que llegan a la Tierra", dijo Keeton. Se cree que estas explosiones de rayos gamma son producidas por enormes explosiones en todo el universo. Tales explosiones del espacio exterior fueron descubiertas inadvertidamente por la Fuerza Aérea de los EE. UU. En la década de 1960.
Keeton y Petters calcularon que los agujeros negros del mundo nuevo impedirían los rayos gamma de la misma manera que una roca en un estanque obstruye las ondas que pasan. La roca produce un "patrón de interferencia" a su paso en el que algunos picos de ondulación son más altos, algunos canales son más profundos y algunos picos y canales se cancelan entre sí. El patrón de interferencia lleva la firma de las características tanto de la roca como del agua.
Del mismo modo, un agujero negro del mundo nuevo produciría un patrón de interferencia en un estallido de rayos gamma a medida que viajan a la Tierra, dijeron Keeton y Petters. Los científicos predijeron las "franjas" brillantes y oscuras resultantes en el patrón de interferencia, que dijeron que proporciona un medio para inferir características de los agujeros negros del mundo nuevo y, a su vez, del espacio y el tiempo.
"Descubrimos que la firma de una cuarta dimensión del espacio aparece en los patrones de interferencia", dijo Petters. "Esta dimensión espacial adicional crea una contracción entre las franjas en comparación con lo que obtendría en Relatividad general".
Petters y Keeton dijeron que debería ser posible medir los patrones de franjas de rayos gamma predichos utilizando el telescopio espacial de área grande de rayos gamma, que se lanzará en una nave espacial en agosto de 2007. El telescopio es un esfuerzo conjunto entre la NASA, el Departamento de Energía de EE. UU. E instituciones en Francia, Alemania, Japón, Italia y Suecia.
Los científicos dijeron que su predicción se aplicaría a todos los agujeros negros del mundo nuevo, ya sea en nuestro sistema solar o más allá.
"Si la teoría del mundo nuevo es correcta", dijeron, "debería haber muchos, muchos más agujeros negros del mundo nuevo en todo el universo, cada uno con la firma de una cuarta dimensión del espacio".
Fuente original: Duke University
