Magnes, który pokonał Ziemię

Chcę ci opowiedzieć o czymś, co sprawi, że spojrzysz na magnes na swojej lodówce zupełnie inaczej.

Śmiało – sięgnij po ten mały magnes, którym przyczepiasz zniżki ze sklepu. Teraz podnieś spinacz biurowy. Czujesz to? Magnes bez wysiłku ciągnie spinacz do góry, utrzymuje go w powietrzu mimo całej grawitacji naszej ogromnej planety.

Szczerze mówiąc, to jest dość szalone, gdy się nad tym zastanowić. Ziemia jest olbrzymia – jakieś 6,6 tryliona ton. A jednak ten malutki magnes na lodówce wygrywa walkę bez mrugnięcia okiem.

Fizycy od dawna głowią się nad tym zjawiskiem. Grawitacja wydaje się niemożliwie słaba w porównaniu z innymi siłami we wszechświecie. I nie mam na myśli "trochę słabsza". Chodzi o słabość na zupełnie innym poziomie.

Liczby, od których kręci się w głowie

Pozwól, że przedstawię to w liczbach, które ciężko ogarnąć umysłem.

W atomie możesz porównać siłę, z jaką elektron przyciągany jest do protonu przez elektromagnetyzm, w stosunku do grawitacji. Elektromagnetyzm wygrywa mniej więcej miliard razy mocniej – i to tłumaczę to dosłownie.

Dokładnie chodzi o czynnik 10 do potęgi 39. Jedynka i czterdzieści dziewięć zer.

Innymi słowy: gdyby siła elektromagnetyczna była Empire State Building, grawitacja byłaby... no cóż, pojedynczym elektronem. Na bardzo małą skalę.

I tu pojawia się pytanie, które nie daje fizykom spać: nikt tak naprawdę nie wie, dlaczego grawitacja jest tak przeraźliwie słaba.

Szalona hipoteza

A teraz robi się naprawdę interesująco.

W 1998 roku trzech fizyków – Nima Arkani-Hamed, Savas Dimopoulos i Gia Dvali – zaproponowało coś, co brzmi jak scenariusz filmu science fiction. Może grawitacja wcale nie jest słaba. Może tylko wydaje się słaba, bo ucieka do wymiarów, których nie widzimy.

Pomyśl o tym tak. Włączasz lampę w małym pokoju – światło szybko wypełnia przestrzeń i wydaje się jasne. Ale w ogromnej hali? To samo światło rozprasza się i robi się ciemniej, bo musi oświetlić znacznie większą powierzchnię.

Ci fizycy zasugerowali, że podobnie może dziać się z grawitacją. Podczas gdy elektromagnetyzm i inne siły są uwięzione w naszych trzech znanych wymiarach przestrzeni, grawitacja może mieć dostęp do większej ich liczby. Ukrytych wymiarów. Dodatkowych kierunków, których nasze oczy ani instrumenty nie są w stanie wykryć.

Czyli grawitacja nie jest słaba – jest rozcieńczona. Rozłożona cieńiej na więcej wymiarów, niż jesteśmy w stanie postrzegać.

Dlaczego to w ogóle ma sens

Tu robi się jeszcze ciekawiej. Matematyka po prostu się zgadza.

Pewnie pamiętasz ze szkoły, że pole powierzchni kuli rośnie z kwadratem promienia. Podwajasz odległość od źródła światła, a światło rozchodzi się na czterokrotnie większą powierzchnię. Staje się odpowiednio słabsze.

Ale to dlatego, że żyjemy w przestrzeni trójwymiarowej. Gdybyśmy istnieli w świecie dwuwymiarowym, otaczalibyśmy obiekty kołami zamiast kulami. Obwód koła rośnie tylko proporcjonalnie do promienia – znacznie wolniej niż powierzchnia kuli.

To oznacza, że siły zachowują się inaczej w zależności od liczby wymiarów, w których działają. A jeśli grawitacja ma dodatkowe wymiary do rozlewania się, naturalnie będzie wydawać się słabsza w naszym trójwymiarowym wycinku rzeczywistości.

Polowanie na mikroskopijne czarne dziury

Więc jak naukowcy zamierzają przetestować tę szaloną hipotezę?

Tu robi się ekscytująco: jeśli istnieją małe ukryte wymiary, możemy znaleźć dowody w postaci niewyobrażalnie małych czarnych dziur.

Oto logika. Zwykle czarne dziury powstają tylko, gdy ogromne gwiazdy zapadają się pod własnym ciężarem. Ale jeśli grawitacja staje się silniejsza na bardzo, bardzo małych skalach – mniejszych niż cokolwiek, co do tej pory badaliśmy – wtedy możliwe, że czarne dziury mogłyby powstawać przy znacznie mniejszej ilości materii.

Fizycy aktywnie szukają tych mikroskopijnych czarnych dziur przy użyciu akceleratorów cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów. Jeśli je znajdą, będzie to niepodważalny dowód, że dodatkowe wymiary naprawdę istnieją.

Co by to oznaczało

Wyobraź sobie na chwilę, że ta teoria jest poprawna. To znaczy, że właśnie teraz, gdy to czytasz, grawitacja z twojego ciała przyciąga obiekty w wymiarach, których nie możesz zobaczyć. Siła przyciągania twojej masy rozciąga się w niewidzialne kierunki, rozlewając się cieńej, niż kiedykolwiek sobie wyobrażaliśmy.

Dziwna myśl, prawda? Siła, która trzyma twoje stopy na ziemi, utrzymuje planety na orbitach, kształtuje los galaktyk – może być tylko szeptem swojej prawdziwej natury, wyciekającym do rzeczywistości, które jeszcze nie odkryliśmy.

Żyjemy w bańce trzech wymiarów, podczas gdy prawdziwa natura grawitacji działa w sposób, którego ledwo możemy sobie wyobrazić.

Nie wiem jak ty, ale ja zdecydowanie będę teraz patrzył na magnes na lodówce inaczej. To, co wydaje się zwykłe, może być wskazówką do czegoś głęboko dziwnego we wszechświecie, który nazywamy domem.