宇宙中存在多個空間緯度:尺度過小、難以觀察

有許多物理理論預測,宇宙中除了我們所熟知的四個維度(三個空間維度和一個時間維度)之外,還有更多維度。如果有了這些額外維度,宇宙中一些最複雜艱深的謎團就很容易解釋了。例如,一些解釋暗物質和暗能量的理論就以宇宙中存在多個「額外」維度為前提,認為這些維度就在我們身邊,只是尺度過小、難以觀察而已。

而在2017年,宇宙為我們提供了一個絕佳的驗證機會。在1.3億光年之外,兩顆中子星在相撞後合併,產生的引力波如海嘯般席捲了整個宇宙。2017年8月17日,美國的雷射干涉引力波天文台(LIGO)和義大利的Virgo天文台監測到了此次引力波。此外,這次事件還形成了千新星,產生了極為明亮的伽馬射線暴,並遺留下了金等重元素。於是,美國和義大利的引力波探測器記錄下了此次形成的時空漣漪,NASA的尼爾·格雷爾斯雨燕天文台等則探測到了電磁輻射。

此次事件令天體物理學家們激動不已。有史以來頭一次,他們觀察到了來自同一起事件的電磁波和引力波,並可以將兩個訊號進行比較、從而做出與宇宙有關的新發現。此次發現不僅讓相關科學家獲得了諾貝爾物理學獎的殊榮,還開啟了「多信使天文學」的新時代。

自此之後,研究人員便開始利用這一歷史性事件、進一步探索除了已知的四個時空維度之外的維度層次。結果發現,我們的宇宙也許比許多物理理論預測的簡單得多。

再說回我們剛才提到的暗物質和暗能量之謎。科學家認為,宇宙中的大多數物質都由我們看不見的物質構成。雖然不知道這些物質是什麼,但我們可以感受到它們的引力效應,所以我們知道它們就在那裡。而暗能量就更撲朔迷離了。和暗物質一樣,暗能量名字里也有個「暗」字,因為我們實在不清楚它究竟為何物。但我們也知道它一定存在,並且宇宙學家相信,暗能量就是宇宙的加速膨脹的背後推手。

科學家針對暗物質和暗能量提出了許多理論,其中部分理論需要有額外維度的存在才能成立。有趣的是,在探索這些未知的額外維度領域的過程中,我們也許可以對引力波加以利用。

簡單來說,科學家認為,假如真的存在其它維度的話,當引力波以光速在時空中傳播時,引力波的部分能量便會「泄漏」到這些額外維度中去。因此被引力波天文台監測到時,引力波的振幅應當會小於預期。而一般的電磁輻射(比如伽馬射線暴的光線)並不會與這些額外維度發生相互作用,因此不會變化。從理論上來說,假如存在其它維度的話,只要將2017年探測到的引力波訊號與電磁訊號相比較,兩者之間便會呈現出一定偏差。

然而研究顯示,這兩個訊號之間並沒有什麼區別,說明光訊號和引力波的傳播都僅限於四維時空。這也符合愛因斯坦廣義相對論的預測。不僅如此,該理論還在一個多世紀前預言了引力波的存在。

這並不意味著額外維度一定不存在,也許說明我們的引力理論需要修改、或者是我們需要測量更多的多信使事件。不過這至少說明,發現引力波僅過了區區幾年,引力波就已經兌現了自己的「諾言」,真的對一些關鍵宇宙理論發起了挑戰。

宇宙中存在多個空間緯度:尺度過小、難以觀察

猜你喜歡的商品>>

一次性醫用外科口罩50隻 39.9元
南極人充電式聲波電動牙刷 券後價7.9元
【三隻松鼠】 早餐蛋糕麵包兩箱 券後價 32.9元
超輕透氣減震跑步運動鞋 券後價79元
國民高彈緩震 運動休閑鞋 券後價74元
夏季薄款空調被 券後價29.9元
騰訊影片會員年費99元/京東plus聯合年卡128元

Tags: