Braneworld menantang relativitas umum Einstein. klik untuk memperbesar
Para ilmuwan telah tertarik selama bertahun-tahun tentang kemungkinan bahwa ada dimensi tambahan di luar tiga yang dapat dipahami manusia. Sekarang para peneliti dari Universitas Duke dan Rutgers berpikir ada cara untuk menguji teori lima dimensi (4 dimensi spasial plus waktu) gravitasi yang bersaing dengan Teori Relativitas Umum Einstein. Dimensi ekstra ini seharusnya memiliki efek di kosmos yang dapat dideteksi oleh satelit yang dijadwalkan diluncurkan dalam beberapa tahun mendatang.
Para ilmuwan di Universitas Duke dan Rutgers telah mengembangkan kerangka matematika yang mereka katakan akan memungkinkan para astronom menguji teori gravitasi lima dimensi baru yang bersaing dengan Teori Relativitas Umum Einstein.
Charles R. Keeton dari Rutgers dan Arlie O. Petters of Duke mendasarkan pekerjaan mereka pada sebuah teori baru-baru ini yang disebut model gravitasi braneworld World Randall-Sundrum tipe II. Teori ini menyatakan bahwa alam semesta yang terlihat adalah selaput (karena itu "braneworld") tertanam di dalam alam semesta yang lebih besar, mirip seutas rumput laut filmy yang mengapung di lautan. "Alam semesta braneworld" memiliki lima dimensi - empat dimensi spasial plus waktu - dibandingkan dengan empat dimensi - tiga spasial, plus waktu - yang dituangkan dalam Teori Relativitas Umum.
Kerangka kerja yang dikembangkan Keeton dan Petters memprediksi efek kosmologis tertentu yang, jika diamati, akan membantu para ilmuwan memvalidasi teori braneworld. Pengamatan, kata mereka, harus dimungkinkan dengan satelit yang dijadwalkan akan diluncurkan dalam beberapa tahun mendatang.
Jika teori braneworld terbukti benar, "ini akan mengecewakan applecart," kata Petters. "Ini akan mengkonfirmasi bahwa ada dimensi ke-4 ruang, yang akan menciptakan perubahan filosofis dalam pemahaman kita tentang dunia alami."
Temuan para ilmuwan muncul 24 Mei 2006, dalam edisi online jurnal Physical Review D. Keeton adalah seorang profesor astronomi dan fisika di Rutgers, dan Petters adalah seorang profesor matematika dan fisika di Duke. Penelitian mereka didanai oleh National Science Foundation.
Model braneworld Randall-Sundrum - dinamai karena penggagasnya, fisikawan Lisa Randall dari Universitas Harvard dan Raman Sundrum dari Universitas Johns Hopkins - memberikan deskripsi matematis tentang bagaimana gravitasi membentuk alam semesta yang berbeda dari deskripsi yang ditawarkan oleh Teori Relativitas Umum.
Keeton dan Petters berfokus pada satu konsekuensi gravitasi tertentu dari teori braneworld yang membedakannya dari teori Einstein.
Teori braneworld memprediksi bahwa "lubang hitam" yang relatif kecil yang diciptakan di alam semesta awal telah bertahan hingga saat ini. Lubang hitam, dengan massa mirip dengan asteroid kecil, akan menjadi bagian dari "materi gelap" di alam semesta. Seperti namanya, materi gelap tidak memancarkan atau memantulkan cahaya, tetapi mengerahkan kekuatan gravitasi.
Teori Relativitas Umum, di sisi lain, memprediksikan bahwa lubang hitam purba seperti itu tidak ada lagi, seperti yang akan menguap sekarang.
"Ketika kami memperkirakan seberapa jauh lubang hitam dunia dedeweworld dari Bumi, kami terkejut menemukan bahwa yang terdekat akan terletak dengan baik di dalam orbit Pluto," kata Keeton.
Petters menambahkan, "Jika lubang hitam braneworld membentuk bahkan 1 persen dari materi gelap di bagian galaksi kita - asumsi yang hati-hati - harus ada beberapa ribu lubang hitam braneworld di tata surya kita."
Tapi apakah lubang hitam braneworld benar-benar ada - dan karena itu berdiri sebagai bukti untuk teori braneworld 5-D?
Para ilmuwan menunjukkan bahwa mungkin untuk menjawab pertanyaan ini dengan mengamati efek yang diberikan lubang hitam dedeworld terhadap radiasi elektromagnetik yang bepergian ke Bumi dari galaksi lain. Setiap radiasi yang lewat di dekat lubang hitam akan ditindaklanjuti oleh gaya gravitasi luar biasa objek - efek yang disebut "pelensaan gravitasi."
"Tempat yang baik untuk mencari lensa gravitasi oleh lubang hitam braneworld adalah semburan sinar gamma yang datang ke Bumi," kata Keeton. Semburan sinar gamma ini diperkirakan dihasilkan oleh ledakan besar di seluruh alam semesta. Semburan seperti itu dari luar angkasa ditemukan secara tidak sengaja oleh Angkatan Udara A.S. pada 1960-an.
Keeton dan Petters menghitung bahwa lubang hitam di seluruh dunia akan menghalangi sinar gamma dengan cara yang sama seperti batu di kolam menghalangi rintangan. Batuan menghasilkan "pola interferensi" di belakangnya di mana beberapa puncak riak lebih tinggi, beberapa palung lebih dalam, dan beberapa puncak dan palung saling membatalkan. Pola interferensi memiliki ciri khas batu dan air.
Demikian pula, black hole braneworld akan menghasilkan pola interferensi dalam ledakan sinar gamma yang lewat saat mereka melakukan perjalanan ke Bumi, kata Keeton dan Petters. Para ilmuwan meramalkan "pinggiran" terang dan gelap yang dihasilkan dalam pola interferensi, yang mereka katakan menyediakan sarana untuk menyimpulkan karakteristik lubang hitam dunia dedak dan, pada gilirannya, ruang dan waktu.
"Kami menemukan bahwa tanda tangan dimensi ruang keempat muncul dalam pola interferensi," kata Petters. "Dimensi spasial tambahan ini menciptakan kontraksi antara pinggiran dibandingkan dengan apa yang Anda dapatkan di Relativitas Umum."
Petters dan Keeton mengatakan bahwa mungkin untuk mengukur pola pinggiran sinar gamma yang diprediksi menggunakan Teleskop Ruang Besar Sinar-gamma, yang dijadwalkan akan diluncurkan di pesawat ruang angkasa pada Agustus 2007. Teleskop ini merupakan upaya bersama antara NASA, Departemen Energi AS, dan lembaga-lembaga di Perancis, Jerman, Jepang, Italia, dan Swedia.
Para ilmuwan mengatakan prediksi mereka akan berlaku untuk semua lubang hitam braneworld, baik di tata surya kita atau di luar.
"Jika teori braneworld benar," kata mereka, "seharusnya ada banyak, lebih banyak lagi lubang hitam braneworld di seluruh alam semesta, masing-masing membawa tanda tangan dimensi ruang keempat."
Sumber Asli: Universitas Duke
