Η σκοτεινή ύλη δίνει έμφαση στις πρόσθετες διαστάσεις

Πηγή: Nature,2 Σεπτεμβρίου 2005

Καλώς ήλθατε στην τέταρτη διάσταση. Και τη πέμπτη, και την έκτη. Μια ομάδα αστροφυσικών υποστηρίζει ότι έχει προσδιορίσει αποδεικτικά στοιχεία ότι ο χώρος έχει έξι διαστάσεις.

Ο στροβιλισμός των γαλαξιών αποκαλύπτει ένα μυστήριο. Η σκοτεινή ύλη φαίνεται να προσελκύεται από τον εαυτό της, και πιο πολύ στους μικρότερους γαλαξίες.

Ο Joseph Silk του πανεπιστημίου της Οξφόρδης καθώς και συνάδελφοί του λένε ότι αυτές οι πρόσθετες χωρικές διαστάσεις μπορούν να προκύψουν από την πολύπλοκη συμπεριφορά της σκοτεινής ύλης. Αυτή η μυστήρια ουσία δεν μπορεί να φανεί μεν, αλλά η παρουσία της στους γαλαξίες προδίδεται από τη βαρυτική έλξη που ασκεί στα ορατά αστέρια.

Ο Silk και οι συνάδελφοί του εξέτασαν τον διαφορετικό τρόπο με τον οποίο η σκοτεινή ύλη συμπεριφέρεται στους μικρούς γαλαξίες και στα μεγάλα σμήνη των γαλαξιών. Στους μικρότερους, η σκοτεινή ύλη φαίνεται να προσελκύεται από την ίδια αρκετά έντονα. Αλλά στα μεγάλα γαλαξιακά σμήνη αυτό δεν φαίνεται να συμβαίνει: Εκεί σκοτεινή ύλη η οποία αλληλεπιδρά πολύ έντονα πρέπει να παραγάγει πυρήνες σκοτεινού υλικού μεγαλύτερου από αυτού που είναι στην πραγματικότητα εκεί, όπως συνάγεται από τον τρόπο που περιστρέφονται τα σμήνη.

Και μία εξήγηση, λένε, είναι ότι τρεις άλλες πρόσθετες διαστάσεις, εκτός από τις τρεις χωρικές με τις οποίες είμαστε εξοικειωμένοι, αλλάζουν τα αποτελέσματα της βαρύτητας σε πολύ μικρές αποστάσεις, περίπου, ένα νανόμετρο.

Η επιστημονική ομάδα υποστηρίζει ότι τέτοιες αστρονομικές παρατηρήσεις της σκοτεινής ύλης δίνουν τα πρώτα πιθανά στοιχεία για τις πρόσθετες διαστάσεις. Άλλοι είναι ενθαρρυντικοί, αλλά μη πεπεισμένοι ακόμα. Η Lisa Randall, μια φυσικός του Χάρβαρντ που έχει διερευνήσει τη δυνατότητα των πρόσθετων χωρικών διαστάσεων, λέει "ακόμα κι αν η ιδέα τους δουλεύει, που πιθανώς το κάνει, μπορεί να είναι υπερβολή να χρησιμοποιήσουν αυτές τις παρατηρήσεις ως αποδείξεις των πρόσθετων διαστάσεων."

Ο ίδιος ο Silk αναγνωρίζει ότι η πρόταση είναι "εξαιρετικά θεωρητική".

Πάρα πολύ μικρές για να τις δούμε

Οι φυσικοί από καιρό έχουν υποψιαστεί ότι υπάρχουν οι "κρυμμένες" διαστάσεις, κατά ένα μεγάλο μέρος επειδή προβλέπονται από τη θεωρία χορδών.

Αυτές οι πρόσθετες διαστάσεις πιστεύεται ότι γενικά είναι μικροσκοπικές: δισεκατομμύρια φορές μικρότερες από τα άτομα. Γι' αυτό και είναι δύσκολο να ανιχνευτούν, ενώ ο κόσμος φαίνεται να έχει μόνο τρεις. Εντούτοις, φυσικοί όπως η Randall, έχουν προτείνει ότι μερικές πρόσθετες διαστάσεις μπορεί να είναι σχετικά μεγάλες, αλλά απρόσιτες σε μας

Οι πρόσθετες διαστάσεις που ο Silk λέει ότι έχει προσδιορίσει είναι επιπλέον "μεγάλες", διαμέτρου 1 νανομέτρου. Με άλλα λόγια, η ομάδα λέει, ότι το σύμπαν έχει πλάτος μόνο ένα νανόμετρο σε αυτές τις τρεις "κατευθύνσεις".

Υποστηρίζουν δε ότι η δύναμη της βαρύτητας δεν υπακούει στους διάσημους νόμους του Isaac Newton στις μικρές αποστάσεις, όπου αυτές οι διαστάσεις παίζουν ρόλο. Φυσικά αυτό δεν έχει εξεταστεί ποτέ πειραματικά: κανένας δεν έχει μετρήσει πώς συμπεριφέρεται η βαρύτητα σε αποστάσεις μικρότερες από το ένα εκατοστό του ενός χιλιοστόμετρου.

Αυτή η παραλλαγή στη βαρύτητα, λέει ο Silk, θα μπορούσε να οφείλεται στο γεγονός ότι η σκοτεινή ύλη συμπεριφέρεται διαφορετικά στα διαφορετικά γαλαξιακά περιβάλλοντα.

Σύμφωνα με μια ερμηνεία των αστρονομικών παρατηρήσεων, η σκοτεινή ύλη - που θεωρείται ότι αποτελεί το 85% όλης της μάζας στον Κόσμο αλλά δεν κατασκευάζεται από τα γνωστά θεμελιώδη σωματίδια - φαίνεται να προσελκύεται μέσω κάποιας άγνωστης δύναμης. Και αυτή η έλξη φαίνεται να είναι ισχυρότερη στους νάνους γαλαξίες απ' ό,τι στα γαλαξιακά σμήνη. Αυτό είναι πολύ περίεργο: μάλλον είναι σαν τα μήλα να επρόκειτο να πέσουν γρηγορότερα από τα μοναχικά δέντρα απ' ό,τι από τα δέντρα σε έναν οπωρώνα.

Αλλά η έλξη δεν οφείλεται σε μια άγνωστη δύναμη, υποστηρίζει ο Silk και οι συνάδελφοι του, αλλά στην επίδραση των πρόσθετων διαστάσεων στη βαρύτητα. Και επειδή τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης επιταχύνονται σε υψηλότερες ταχύτητες στα ογκώδη γαλαξιακά σμήνη απ' ό,τι στους νάνους γαλαξίες, ξοδεύουν λιγότερο χρόνο το ένα κοντά στο άλλο, κι έτσι τα αποτελέσματα αυτών των πρόσθετων διαστάσεων γίνονται λιγότερο αισθητά.

Ριζική απάντηση

Υπάρχουν κι άλλοι τρόποι για να εξηγήσουμε τις αινιγματικές κατανομές της σκοτεινής ύλης, αναγνωρίζει ο συνάδελφος του Silk, Ue-Li Pen του πανεπιστημίου του Τορόντο. Παραδείγματος χάριν, κάποιος θα μπορούσε να υποθέσει ότι ο ρυθμός με τον οποίο εκρήγνυνται τα αστέρια, ως σουπερνόβες, ήταν αρκετά διαφορετικός στο παρελθόν.

"Προσωπικά, σκέφτομαι ότι η αλλαγή του ρυθμού σουπερνοβών είναι πιο συντηρητική από το να αλλάξουμε τον αριθμό των χωρικών διαστάσεων", ομολογεί ο Pen. Αλλά θεωρεί ότι η επίκληση των πρόσθετων διαστάσεων είναι μια τόσο συναρπαστική ιδέα που αξίζει, "ακόμα κι αν είναι μικρής πιθανότητας".

Οι δημοφιλέστερες εκδόσεις της θεωρίας χορδών προτείνουν ότι υπάρχουν τουλάχιστον οκτώ πρόσθετες διαστάσεις, κι όχι μόνο τρεις. Αλλά ευτυχώς αυτό δεν είναι πρόβλημα. Δεν υπάρχει κανένας λόγος γιατί, εκτός από τις τρεις μεγάλες πρόσθετες διαστάσεις, να μην υπάρχουν διάφορες άλλες μικρές επίσης.