Oamenii de ştiinţă de la Towson University din Towson, Maryland, SUA, au identificat un test practic pentru teoria corzilor care a fost trecut cu vederea până acum, bazat pe mişcarea planetelor, sateliţilor şi a asteroizilor şi care aminteşte de faimosul test asupra gravitaţiei al lui Galilei. Se spune că acesta a studiat modul de cădere a unor bile din Turnul din Pisa.
Teoria corzilor a fost propusă într-un cadru teoretic ca o încercare de a înţelege originea forţelor din Univers, într-o aşa-numită „teorie a totului" (în limba engleză „theory of everything"), dar care nu poate fi testată cu ajutorul instrumentelor obişnuite de cercetare deoarece nivelul de energie şi scara dimensională care sunt necesare pentru a observa efectele teoriei corzilor sunt mult prea extreme.
Bazându-se pe lucrările lui Galileo Galilei şi Isaac Newton, oamenii de ştiinţă de la Towson University afirmă că prin măsurători precise ale poziţiei corpurilor cereşti din sistemul solar s-ar putea evidenţia unele neconcordanţe foarte mici între ceea ce este prezis de teoria relativităţii generale şi principiul de echivalenţă. În acest fel s-ar putea stabili noi limite superioare în ceea ce priveşte măsurarea efectelor teoriei corzilor.
Oamenii de ştiinţă de la Towson University au prezentat rezultatele cercetării lor în data de 6 ianuarie 2014 la a 223-a întâlnire a American Astronomical Society în Washington, D.C. Lucrarea lor a apărut, de asemenea, în revista Classical and Quantum Gravity.
Teoria corzilor speră să stabilească o punte de legătură între două teorii din fizica zilele noastre care au fost îndelung verificate, dar care sunt incompatibile una cu alta: teoria relativităţii generale a lui Einstein, teoria de bază asupra gravitaţiei şi modelul standard din fizica particulelor sau teoria cuantică de câmp, cea care explică toate forţele fundamentale în afară de forţa gravitaţională.
Teoria corzilor postulează că toată materia şi energia din Univers este reprezentată de corzi unidimensionale. Despre aceste corzi se crede că ar fi de cvintilioane de ori mai mici decât mărimea deja infinitezimală a atomului de hidrogen şi astfel ele sunt mult prea mici pentru a putea fi detectate în mod indirect. În mod similar, găsirea unor indicii cu privire la existenţa corzilor în acceleratoarele de particule ar necesita o energie de milioane de ori mai mare decât cea ce a fost necesară pentru descoperirea faimosului boson Higgs.
„Oamenii de ştiinţă au glumit cu privire la faptul că teoria corzilor este promiţătoare... şi întotdeauna ea va fi promiţătoare, deoarece nu există mijlocele necesare pentru a o testa", a declarat dr. James Overduin din cadrul Department of Physics, Astronomy and Geosciences al Towson University, autorul principal al studiului publicat. „Ceea ce am identificat este o metodă simplă de a descoperi unele erori ale teoriei relativităţii generale şi care ar putea fi explicate prin teoria corzilor".
Overduin şi grupul său, incluzând pe studenţii Jack Mitcham şi Zoey Warecki din cadrul Towson University, au utilizat un concept propus anterior de către Galileo şi Newton pentru a explica gravitaţia.
Legenda spune că Galileo a aruncat două bile de greutăţi diferite din Turnul din Pisa pentru a demonstra că ele vor lovi solul în acelaşi timp. Mai târziu, Newton a realizat că acelaşi experiment este efectuat de Mama Natură tot timpul în spaţiu atunci când sateliţii şi planetele din sistemului solar cad în permanenţă pe măsură ce orbitează în jurul centrelor de masă comune. Newton a folosit observaţiile astronomice pentru a ajunge la concluzia că Jupiter şi sateliţii săi galileeni cad cu aceeaşi acceleraţie spre Soare.
Acelaşi test ar putea fi utilizat şi pentru teoria corzilor, a spus Overduin. Câmpul gravitaţional corespunzător tuturor formelor de materie şi de energie are exact aceeaşi intensitate, o observaţie care l-a determinat pe Einstein să conceapă teoria relativităţii generale şi care este acum cunoscută în fizica sub numele de principiul de echivalenţă. Teoria corzilor prezice încălcări ale principiului de echivalenţă deoarece ea presupune existenţa unor noi câmpuri care acţionează diferit asupra unor corpuri având o compoziţie diferită ceea ce determină ca acestea să accelereze într-un mod diferit chiar şi în acelaşi câmp gravitaţional.
Bazându-se pe activitatea desfăşurată de Kenneth Nordtvedt şi de către alţi cercetători încă din anii '70, Overduin şi colaboratorii săi consideră că există trei indicii ce pot arăta o încălcare a principiului de echivalentă în sistemul solar: abaterile faţă de a treia lege de mişcare a planetelor a lui Kepler, abateri ale punctelor stabile Lagrange şi polarizarea orbitală (cunoscută şi sub numele de efectul Nordtvedt) în care distanţa dintre două corpuri cum ar fi Pământul şi Luna variază datorită diferenţelor de acceleraţie faţă de un al treilea corp cum ar fi Soarele.
Până în prezent nu există nicio dovadă privind existenţa unor asemenea efecte. Într-adevăr, efemeridele astronomice standard presupun valabilitatea legii a treia a lui Kepler din care rezultă anumite mărimi fundamentale precum unitatea astronomică. Dar toate observaţiile din ştiinţă implică existenţa unui anumit grad de incertitudine experimentală. Abordarea echipei lui Overduin presupune utilizarea acestor incertitudini experimentale pentru a obţine limitele superioare pentru posibilele încălcări ale principiului de echivalentă de către planete, sateliţi şi asteroizii troian din sistemul solar.
„Sateliţii lui Saturn, Tethys şi Dione, reprezintă un caz particular de test deosebit de fascinant", a spus Warecki, cel care a prezent acest studiu la Sesiunea 109 din cadrul reuniunii American Astronomical Society. „Tethys este compus aproape în întregime din gheaţă, în timp ce Dione are un nucleu predominant stâncos. Şi ambii sateliţi au companioni troieni".
„Limitele stabilite în acest fel nu sunt la fel de precise precum cele obţinute cu ajutorul balanţelor de torsiune dedicate sau a testelor pe bază de laser", a spus Mitcham. „Cu toate acestea ele reprezintă valori valoroase pentru potenţialele teste ale teoriei corzilor deoarece ele includ o gamă mult mai largă de corpuri materiale de test".
În plus, într-o eră a ştiinţei în care bugetele necesare cercetării devin tot mai mari, ele pot fi obţinute cu costuri relativ mici, a spus Overduin.
Traducere de Cristian-George Podariu după scientists-theory cu acordul editorului
