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你觉得世界是三维的?神奇第四维在哪里

腾讯太空  · 公众号  · 探索  · 2018-10-04 20:00

正文

一项新研究指出如果存在其它维度,它们的尺度也可能非常小。宇宙的维度与我们在地球上感知到的维度相同。这项研究有助于科学家进一步了解和揭示暗能量的本质。暗能量是一种导致宇宙加速膨胀的神秘能量。


宇宙是否存在三维以外的其它维度?

宇宙是否存在三维以外的其它维度?根据 7 23 日《宇宙学与天体粒子物理学杂志》公布的一项新研究,在大尺度下可能并非如此。研究指出宇宙的维度与我们在地球上感知到的维度相同。这项研究发现有助于科学家进一步了解和揭示暗能量的本质。暗能量是一种神秘能量,导致宇宙加速膨胀。


2017 10 月,科学家利用激光干涉引力波天文台( LIGO )探测到两颗中子星对撞产生的引力波。这一事件被称之为 GW170817 ,也可借助传统望远镜进行观测。如此一来,科学家们便可以同时通过引力波和光波来研究这一现象。两种观测法双管齐下,让科学家们得以了解宇宙的方方面面,包括可能包含多少维度。

大爆炸后宇宙迅速膨胀

新研究还提供了更多证据,进一步验证爱因斯坦的广义相对论。研究论文主执笔人、普林斯顿大学博士生克里斯·帕尔多表示:“引力应该在三维空间中起作用,观测结果也证明了这一点。”迄今为止的研究结果表明广义相对论对宇宙的描述是正确的,但有一件事情一直没有解释清楚——为什么我们的宇宙在加速膨胀?


科学家认为神秘的暗能量导致宇宙加速膨胀。不过,没有人知道暗能量究竟是什么。一些理论试图通过修改引力理论来解释宇宙膨胀,认为引力在大尺度下采用不同运转机制。很多类似理论预言存在其它维度,可以通过观测引力波发现它们的存在。

激光干涉引力波天文台

LIGO )用于探测引力波

英国牛津大学宇宙学家特萨·贝克指出:“探寻修改版引力理论的所有努力本质上都由神秘的暗能量驱动。我们试图解答一个疑问,即是否可以通过调整万有引力定律的方式来解释宇宙的加速膨胀。”


根据这些理论,如果存在其它维度,引力波会渗透到这些维度,导致引力波在穿越宇宙时减弱。新研究过程中,科学家们测量了 GW170817 的引力波和光波与地球之间的距离,但并未发现与其它维度相关的减弱迹象。

暗能量导致宇宙加速膨胀

GW170817 事件发生后,很多研究通过计算引力波的速度来确定引力波的传播时间延迟,从而排除掉一些修改版引力理论。贝克在接受《生活科学》杂志采访时表示新研究可以排除其它一系列修改版引力理论。


新研究结果只排除了大尺度下存在其它维度的可能性。研究中,科学家并未对弦理论预言的 10 多个维度施加任何约束条件。弦理论是物理学的一项理论,认为一切都由微小的振动弦构成。新研究表明在 1 英里(约合 1.6 公里)到至少 8000 万光年的尺度下,宇宙是三维的。这一发现进一步排除了更大维度,但前提是这些维度在小于 8000 万光年的尺度下对物理学产生可见影响。

艺术概念图

银河系的暗物质蓝色光晕

研究人员还利用相关数据计算了引力子的寿命。引力子是一种理论上存在的粒子,如果存在,它们会传递引力。科学家发现它们的寿命至少可达到 4.5 亿年。换句话说,引力子并不会随着时间推移衰变为更轻的粒子。一些修改版引力理论预言了这种衰变。对引力子寿命的计算可用于研究未来在宇宙其它角落发生的引力波事件,帮助科学家进一步验证这些理论。


贝克表示 GW170817 中子星对撞是一次“本地事件”,基本上就发生在我们的家门口。物理学家希望在更远的宇宙角落发现更多类似事件——距离更远意味着发生的年代更为久远——以揭示引力或暗能量是否随时间推移发生改变。当前的研究表明,宇宙似乎只有我们熟悉的那些维度。不过,科幻作家和时间旅行狂热者始终认为宇宙内可能存在更小、更紧凑的维度。


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