Les scientifiques de l'Institut Max Planck de physique gravitationnelle ont conclu que les ondes gravitationnelles doivent porter l'empreinte des dimensions supplémentaires de l'espace prédites par la théorie des cordes.
Le 20e siècle a donné au monde deux grandes théories physiques - la théorie générale de la relativité (GR) et la mécanique quantique. Le premier traite de l'espace, du temps et de la gravité. Par exemple, elle explique pourquoi les horloges fonctionneront légèrement plus lentement à la surface de la Terre qu'en orbite. Ces caractéristiques doivent être prises en compte lors de la création de systèmes GPS et GLONASS. La relativité générale traite également des trous noirs et d'autres choses intéressantes.
La mécanique quantique est la science du comportement des plus petits constituants de la matière, tels que les électrons. Il est devenu la base de toute l'électronique moderne, ce qui nous a donné des ordinateurs, des téléphones portables et en général tout ce qui est plus intelligent qu'une ampoule.
Ces deux théories ont un défaut fâcheux: elles sont incompatibles l'une avec l'autre. Si nous les appliquons au même objet, alors la relativité générale dit une chose, et la mécanique quantique - une autre, et la contradiction ne peut être éliminée. Ce n'est pas si important en pratique, car les effets de la relativité générale ne sont perceptibles que pour les corps très massifs (planètes, étoiles, trous noirs) et les effets quantiques - pour les très petits (particules élémentaires). Mais les physiciens s'inquiètent depuis longtemps de l'incompatibilité des deux plus grandes théories physiques de notre temps. Pour cette raison, les scientifiques recherchent une théorie plus complète qui «réconciliera» la mécanique quantique et la relativité générale, et décrira également le micro et le macrocosme en utilisant des lois uniformes.
Le candidat le plus connu pour ce rôle est la théorie des cordes. Cela montre vraiment comment éliminer la contradiction et combiner les deux théories. Mais elle a son inconvénient: contrairement à la relativité générale et à la mécanique quantique elles-mêmes, elle défie obstinément la vérification expérimentale. Les physiciens plaisantent amèrement en disant qu'ils testeraient la théorie des cordes s'ils avaient un accélérateur de la taille d'une galaxie.
Comme David Andriot et Gustavo Lucena Gómez de l'Institut Max Planck pour la physique gravitationnelle en Allemagne l'ont découvert, une telle machine géante pourrait ne pas être nécessaire. La confirmation de la théorie des cordes peut être obtenue en observant les ondes gravitationnelles - un phénomène étonnant depuis longtemps prédit par les théoriciens, mais découvert expérimentalement seulement en 2015.
Rappelons que certains processus grandioses, par exemple les collisions de trous noirs, perturbent le champ gravitationnel, et les ondes le parcourent. À partir de là, tous les objets pris dans l'onde gravitationnelle commencent à se balancer légèrement avec elle dans le temps. Ces fluctuations sont trop faibles pour être remarquées à l'œil nu. De plus, dans la vie ordinaire, ils sont complètement bloqués par les vibrations d'une voiture circulant dans la rue ou d'un meuble déplacé par un voisin. Mais spécialement créés à ces fins, des détecteurs très sensibles, cachés profondément sous terre et extrêmement protégés de toutes les vibrations étrangères, peuvent capter une onde gravitationnelle, qui s'est produite pour la première fois il y a deux ans.
Mais, en fin de compte, ils sont capables de donner non seulement ce résultat. Selon les conclusions d'Andrio et Gomez, l'observation des ondes gravitationnelles pourrait soutenir la théorie des cordes. Le fait est que, selon cette théorie, l'espace n'est pas du tout en trois dimensions - il est en neuf dimensions. On ne remarque pas les six dimensions supplémentaires car elles sont trop petites. Ainsi, le miroir nous semble lisse, même s'il vaut la peine de regarder sa surface au microscope, et nous y verrons des «chaînes de montagnes» et des «gorges» entières.
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Les ondes gravitationnelles, comme le montrent les auteurs de la nouvelle œuvre, doivent «ressentir» ces dimensions supplémentaires. S'ils sont présents dans les ondes gravitationnelles, un rythme spécial devrait apparaître, qu'ils appellent le «mode de respiration». Si la "respiration" est détectée par les détecteurs, alors ce sera la première confirmation expérimentale de la théorie des cordes. De plus, un ensemble de signaux haute fréquence devrait apparaître, semblable à plusieurs sons aigus soudains - une sorte de «cris» ou de «grincements» que des dimensions supplémentaires annonceront sur eux-mêmes.
Comme le notent les auteurs de l'étude, la paire de détecteurs LIGO manque de sensibilité pour détecter le «mode respiration». Mais en Italie, le troisième détecteur, VIRGO, est en cours de modernisation. Il commencera à fonctionner à pleine capacité en 2018, puis, peut-être, la «respiration» des ondes gravitationnelles sera enregistrée. Quant au second signe de mesures supplémentaires - les signaux haute fréquence - leur observation, hélas, nécessite la création d'un nouveau détecteur, puisque les dispositifs existants sont conçus pour étudier les signaux basse fréquence, et non haute fréquence.
Un article scientifique contenant les résultats de l'étude a été publié dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
