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宇宙中若存在其它维度:一定非常、非常小

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火星男 发表于 2018-10-11 09:10:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
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  北京时间10月11日消息,据国外媒体报道,一项7月23日发表在《宇宙学与天体粒子物理期刊》上的新研究称,宇宙在大尺度上也许无法超越三维形式。该研究发现,宇宙在大范围内的维度很可能与我们在地球上体验到的完全相同。该研究结果还可帮助科学家更好地认识暗物质(即加速宇宙膨胀的神秘现象)的本质。
  2017年10月,科学家借LIGO(激光干涉引力波天文台)探测到了由两颗中子星相撞产生的引力波。与此同时,天文学家用传统望远镜也观察到了这起名为GW170817的天文事件。这样一来,科学家便得以同时通过引力波和光波研究此次事件。这次双重测量还帮助科学家对宇宙的其它方面有了进一步了解,宇宙可能拥有的维度数量便是其中之一。这些新研究结果还为爱因斯坦的广义相对论提供了额外证据。
  “广义相对论提出,引力应当在三个维度内发生作用,而结果显示,这正是我们观察到的情况。”该研究的主要作者、普林斯顿大学博士生克里斯·帕尔多(Kris Pardo)表示。
  虽然到目前为止,广义相对论对宇宙的描述还算精确,但有一点却无法很好地解释:为什么宇宙正在加速扩张。科学家给加速原因起了个名字,叫做“暗能量”,但无人知道暗能量究竟为何物。有些理论为解释宇宙加速扩张现象,对引力理论做了修改,认为引力在大尺度上的作用方式会有所不同。有不少这样的理论预测,宇宙中也许还存在其它维度,并且可以借引力波进行探测。
  “从本质上来说,一切试图修改引力理论的努力都是由暗能量之谜推动的。我们想知道,能否通过修改引力理论来解释宇宙加速膨胀的原因。”牛津大学宇宙学家泰莎·贝克(Tessa Baker)表示。
  很多此类理论称,若真的存在三维之外的维度,引力波就会“渗漏”到这些维度中,导致引力波在穿梭宇宙的过程中不断减弱。参与近期研究的科学家测量了GW170817发出的引力波与光波的行进距离,但并未发现上述减弱迹象。
  受GW170817事件的启发,许多研究通过计算引力波的传播速度,得出了传播时延,并据此排除了部分修改后的引力理论。而贝克表示,此次新发表的研究还将否定其它一系列理论。
  此次新研究结果只是排除了额外维度大规模存在的可能性,并未否定弦理论预言的“宇宙中存在10个以上的维度”(弦理论认为,万物的基本组成单位都是微小的、不断振动的弦)。不过该研究的确显示,从1英里(约合1.6公里)到8000万光年的尺度上,宇宙都是以三维形式存在的。该研究还否定了更大规模维度的可能性,但前提是,这些维度能够在小于8000万光年的尺度上、对物理现象造成可观察到的影响。
  研究人员还利用这些数据计算了“引力子”(graviton)的寿命。引力子是一种理论粒子,若它真的存在的话,便是传递引力的介质。结果发现,引力子的寿命至少为4.5亿年。换句话说,引力子并不会随着时间的推移、衰变成质量更轻的粒子。但有些修改后的引力理论预言引力子会经历这种衰变,因此在未来的引力波事件中,科学家可以再次计算引力子的寿命,借此对这些理论开展进一步测试。
  贝克指出,GW170817事件“从宇宙学的角度来看,基本就是在我们自家门口发生的”。但物理学家还想观测在宇宙更远处发生的此类事件(这些事件发生的时间也更久远),因为这才能证明引力、或暗能量是否会随着时间发生变化。
  就目前来看,宇宙似乎只有我们习惯的三个维度。但科幻小说作者和时间旅行迷们大可不必绝望,宇宙中也许还存在其它维度,只不过很小、很紧凑而已。(叶子)
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