Gli scienziati spiegano come dimostrare la quarta dimensione dello spazio

DURHAM, N.C. -- Gli scienziati alle Università Rutgers e Duke hanno sviluppato una struttura matematica che sostengono permetterà agli astronomi di verificare una nuova teoria della gravità a cinque dimensioni che si porrà in competizione con la teoria della relatività generale di Einstein.

Charles R. Keeton della Rutgers ed Arlie O. Petters della Duke basano il loro lavoro su una teoria recente chiamata “gravità del II tipo del braneworld di Randall-Sundrum”. La teoria sostiene che l'universo visibile è una membrana (quindi “braneworld”) incastonata all'interno di più grande universo, come un’alga trasparente che galleggia nell'oceano. “L'universo del braneworld ha cinque dimensioni -- quattro dimensioni spaziali più tempo -- rispetto alle quattro dimensioni -- tre spaziali, più tempo -- della teoria generale della relatività. La struttura sviluppata da Keeton e Petters predice determinati effetti cosmologici che, se osservati, aiuteranno gli scienziati a convalidare la teoria del braneworld. Le osservazioni, hanno detto, dovrebbero essere possibili con i satelliti che si prevede di lanciare nei prossimi anni. Se la teoria del braneworld risultasse verificabile, rovescerebbe il sistema” ha dichiarato Petters. “Confermerebbe che esiste una quarta dimensione dello spazio, e genererebbe una variazione filosofica sulla nostra comprensione del mondo naturale”.

I risultati degli scienziati sono comparsi sul numero del 24 maggio 2006, dell'edizione on line della rivista Physical Review. Keeton è un professore di fisica e di astronomia alla Rutgers e Petters è un professore di fisica e di matematica alla Duke. La loro ricerca è finanziata dalla National Science Foundation. Il modello del braneworld di Randall-Sundrum – così chiamata dai nomi dei suoi ideatori, i fisici Lisa Randall dell'università di Harvard e Raman Sundrum dell'università di John Hopkins - fornisce una descrizione matematica sul modo in cui la gravità modella l'universo, che differisce dalla descrizione offerta dalla Teoria Generale della relatività.

Keeton e Petters si sono concentrati su una conseguenza gravitazionale particolare della teoria del braneworld che la distingue dalla teoria di Einstein. La teoria del braneworld sostiene che “i buchi neri” relativamente piccoli generatisi all'inizio dell'universo, sarebbero sopravvissuti fino al tempo presente. Questi buchi neri primordiali, con masse simili a quelle di un piccolo asteroide, farebbero parte “della materia oscura” dell'universo. Come il nome suggerisce, la materia oscura non emette né riflette la luce, ma impiega una forza gravitazionale.

La Teoria Generale della Relatività, invece, sostiene che tali buchi neri primordiali non esisterebbero più, poiché ormai volatilizzati. “Quando abbiamo calcolato la distanza dei buchi neri primordiali del braneworld alla terra, siamo stati sorpresi di scoprire che il più vicino si troverebbe all'interno dell'orbita di Plutone”, ha dichiarato Keeton. Petters ha aggiunto che “se i buchi neri formassero anche solo l'1% della materia oscura nella nostra parte della galassia – un'ipotesi prudente – vi sarebbero diverse migliaia di buchi neri del braneworld nel nostro sistema solare”.

Ma i buchi neri del braneworld esistono realmente -- e quindi costituiscono prova per la teoria del braneworld in 5-D ?

Gli scienziati hanno spiegato che dovrebbe essere possibile rispondere a questo interrogativo osservando gli effetti che i buchi neri del braneworld opererebbero sulla radiazione elettromagnetica che arriva alla terra da altre galassie. Qualsiasi radiazione che passa vicino ad un buco nero sarà influenzata dalle tremende forze gravitazionali dell'oggetto -- un effetto chiamato “di lente gravitazionale”.

“L'effetto di lente gravitazionale dai buchi neri del braneworld può essere osservato nei gamma ray burst (o esplosioni di raggi gamma) visibili dalla Terra” ha dichiarato Keeton. Questi scoppi dei raggi gamma si pensano essere prodotti da esplosioni enormi che percorrono l'universo. Tali burst dallo spazio profondo sono stati scoperti involontariamente dall'aeronautica degli Stati Uniti negli anni ‘60. Keeton e Petters hanno calcolato che i buchi neri del braneworld impedirebbero il transito dei raggi gamma nello stesso modo in cui la roccia in uno stagno ostruisce il passaggio delle increspature sull'acqua. La roccia produce “un modello di interferenza” provocando punti in cui l'increspatura è più alta, altri in cui la depressione è più profonda ed altri ancora in cui picchi e depressioni si annullano verso l'esterno. Il modello di interferenza reca traccia dell'azione sia della roccia che dell'acqua.

Similmente, un buco nero del braneworld produrrebbe un modello di interferenza in un burst prodotto dei raggi gamma verso la terra, spiegano Keeton e Petters. Gli scienziati sostengono risultare in specie di “frange” luminose e scure nel modello di interferenza, che fornirebbero i mezzi per dedurre le caratteristiche dei buchi neri del braneworld e, a loro volta, di spazio e di tempo. “Abbiamo scoperto che la traccia di una quarta dimensione dello spazio compare nei modelli di interferenza”, ha spiegato Petters. “Questa dimensione spaziale supplementare genera una contrazione fra le frange, se confrontate a quel che si ottiene nella relatività generale”.

Petters e Keeton hanno dichiarato che dovrebbe essere possibile misurare i modelli calcolati sulla frangia dei raggi gamma per mezzo del Telescopio Spaziale ad Ampio Raggio per Raggi Gamma, che dovrebbe essere lanciato su una nave spaziale nel mese di agosto del 2007. Il telescopio è frutto dello sforzo comune tra la NASA, il Dipartimento per l'energia degli Stati Uniti ed altre istituzioni in Francia, in Germania, nel Giappone, in Italia ed in Svezia.

Gli scienziati sostengono che la loro previsione si applicherebbe a tutti i buchi neri del braneworld, sia nel nostro sistema solare che oltre. “Se la teoria del braneworld è corretta”, hanno detto, “vi dovrebbero essere molti, molti altri buchi neri del braneworld nell'universo, ciascuno recante la traccia di una quarta dimensione dello spazio”.

Fonte: www.laportadeltempo.com / settembre 2006