Einstein mag dan in een vierdimensionaal heelal altijd gelijk hebben, bij vijf dimensies loopt zijn theorie spaak. Naakte singulariteiten gooien dan roet in het eten.
Ringvormige zwarte gaten kunnen de algemene relativiteitstheorie weerleggen. Britse natuurkundigen concluderen in Physical Review Letters dat deze objecten in strijd zijn met Einsteins befaamde theorie. Dan moet het universum echter wel uit minstens vijf dimensies bestaan.
Natuurkundigen delen het heelal over het algemeen op in drie ruimtedimensies en een tijddimensie. De conclusie over zwarte gaten in een 5D-universum lijkt daarom irrelevant. Nieuwe natuurkundige theorieën, zoals snaartheorie, gaan echter uit van een heelal met een aantal dimensies dat kan oplopen tot elf.
De algemene relativiteitstheorie is in beginsel niet gebonden aan een vast aantal dimensies. Natuurkundigen zijn daarom erg benieuwd hoe Einsteins theorie zich gedraagt in een heelal met meer dimensies.
Achilleshiel
De Britten gebruikten de Cosmos-supercomputer van de universiteit van Cambridge om een meerdimensionaal heelal te simuleren. Ze kwamen erachter dat Einsteins succesvolle theorie in vijf dimensies een achilleshiel heeft.
In zo’n 5D-heelal kunnen ringvormige zwarte gaten ontstaan. De simulaties toonden dat zo’n ring na verloop van tijd uiteen kan vallen in een heleboel miniatuur-zwarte-gaten, vergelijkbaar met een dun stroompje kraanwater dat in druppels uiteenvalt.
Naakte singulariteiten
Deze mini-zwarte-gaten staan onder fysici bekend als ‘naakte singulariteiten’. Dat zijn punten met een oneindig grote dichtheid, die alles eromheen naar zich toe trekken. De vergelijkingen van Einstein schieten tekort in het beschrijven van zo’n punt met oneindige dichtheid.
In een vierdimensionaal heelal is dat geen probleem, omdat zwarte gaten daarin allemaal een gebeurtenissenhorizon hebben. Alles binnen die horizon is sowieso onwaarneembaar, zodat je geen vergelijkingen nodig die de ‘geklede’ singulariteiten beschrijven.
Naakte singulariteiten hebben geen gebeurtenissenhorizon, zodat je ze in theorie wel moet kunnen waarnemen en met formules beschrijven. Als het universum dus meer dan vier dimensies heeft, schiet de algemene relativiteitstheorie op dit punt tekort.
Volgens de natuurkundigen zijn er twee mogelijke verklaringen voor het resultaat. Er zit ofwel een fout in Einsteins theorie, of de theorie geldt alleen in vier dimensies. In dat laatste geval willen de natuurkundigen weten wat er zo speciaal is aan een vierdimensionaal universum.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: