Viele physikalische Theorien sagen mehr Dimensionen voraus als die vier, die wir kennen und lieben (drei Dimensionen des Raumes, eine der Zeit). Diese zusätzlichen Dimensionen wären praktisch, um einige der verwirrendsten Geheimnisse des Universums zu erklären. Zum Beispiel sind einige Theorien, die dunkle Materie und dunkle Energie erklären, in der Idee verankert, dass es neben den, die wir jeden Tag erleben, noch viele weitere "zusätzliche" Dimensionen gibt; sie sind nur verschwindend klein und sehr schwer zu beobachten.
Letztes Jahr hat uns das Universum jedoch einen soliden Eindruck gemacht. Einhundertdreißig Millionen Lichtjahre entfernt kollidierten und verschmolzen zwei Neutronensterne und sprengten den Kosmos mit einem Tsunami von Gravitationswellen, die vom Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) in den USA und dem Virgo-Observatorium in Italien entdeckt wurden 17. August 2017. Darüber hinaus brach das Ereignis mit einer Kilonova aus , die einen sehr hellen Gammastrahlenausbruch erzeugte, der schwere Elemente – wie Gold – hinterließ. Die Detektoren in den USA und Italien zeichneten die Wellen in der Raumzeit auf, während das Weltraumobservatorium Swift (und andere) der NASA die elektromagnetische Strahlung entdeckte.
Astrophysiker waren von diesem Ereignis wirklich begeistert. Zum ersten Mal in der Geschichte beobachteten sie sowohl elektromagnetische Wellen als auch Gravitationswellen aus demselben Ereignis – sie können diese beiden Signale vergleichen, um neue Entdeckungen über unser Universum zu machen. Diese Entdeckung, die den Wissenschaftlern der LIGO den Nobelpreis für Physik einbrachte, leitete ein neues Zeitalter der "Multi-Messenger-Astronomie" ein (siehe Gravitationswellendetektoren entdecken kollidierende Neutronensterne — und entdecken eine wissenschaftliche Goldmine ).
Nun haben Forscher dieses historische Ereignis genutzt, um die Schichten jenseits der vier Dimensionen der Raumzeit zu untersuchen, um zu zeigen, dass unser Universum viel einfacher sein könnte, als einige physikalische Theorien vorhersagen.
Kommen wir zurück zu den Mysterien der dunklen Materie und der dunklen Energie, die wir erwähnt haben. Es wird angenommen, dass die überwiegende Mehrheit der Materie im Universum durch Dinge verkörpert wird, die wir nicht sehen können. Wir können jedoch seine Gravitationseffekte spüren, also wissen wir, dass es da ist – was auch immer "es" ist. Dunkle Energie ist noch rätselhafter. Wie dunkle Materie ist dunkle Energie "dunkel", weil wir nicht wirklich wissen, was sie ist. Aber wir wissen, dass es da draußen ist, und Kosmologen glauben, dass es für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich ist.
Sowohl für die Dunkle Materie als auch für die Dunkle Energie wurden viele Theorien vorgeschlagen, von denen einige die Existenz zusätzlicher Dimensionen jenseits der vier, die wir kennen, erfordern. Interessanterweise wurden Gravitationswellen als möglicher Mechanismus erschlossen, der verwendet werden kann, um in diesen unbekannten extradimensionalen Bereich einzudringen.
Einfach ausgedrückt, da sich Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit durch die Raumzeit ausbreiten , denken Wissenschaftler, dass ein Teil der Energie der Gravitationswellen in zusätzliche Dimensionen "entweichen" wird, wenn diese zusätzlichen Dimensionen existieren. Wenn sie also von einem Gravitationswellen-Observatorium entdeckt würden, hätten die Wellen eine kleinere Amplitude als vorhergesagt. Normale elektromagnetische Strahlung (dh Licht von einem Gammastrahlenausbruch) interagiert nicht mit diesen zusätzlichen Dimensionen und bleibt unverändert. Durch die Messung des Gravitationswellensignals der letztjährigen Kollision des Neutronensterns und den Vergleich mit dem elektromagnetischen Signal sollten die beiden im Prinzip eine Diskrepanz aufweisen, wenn diese zusätzlichen Dimensionen existieren.
Leider gab es laut dieser Forschung keinen Unterschied, was darauf hindeutet, dass sowohl Licht- als auch Gravitationswellen nur durch die vierdimensionale Raumzeit wandern – genau wie Einstein mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt hat, der gleichen Theorie, die die Existenz von Gravitationswellen vorhersagte vor über einem Jahrhundert.
Dies bedeutet nicht unbedingt, dass es keine zusätzlichen Dimensionen gibt – es könnte nur bedeuten, dass unsere Theorien darüber, wie die Schwerkraft mit diesen Dimensionen interagiert, modifiziert werden müssen oder dass wir einfach mehr Multi-Messenger-Ereignisse messen müssen – aber nach nur drei Jahren seitdem Nach ihrer Entdeckung erfüllen Gravitationswellen bereits ihr Versprechen, einige wichtige kosmologische Theorien in Frage zu stellen.
