黑客帝國?國外研究稱宇宙中有其它維度 人類在虛擬世界?
2018年10月11日09:37

一項7月23日發表在《宇宙學與天體粒子物理期刊》上的新研究稱,宇宙在大尺度上也許無法超越三維形式。該研究發現,宇宙在大範圍內的維度很可能與我們在地球上體驗到的完全相同。該研究結果還可幫助科學家更好地認識暗物質(即加速宇宙膨脹的神秘現象)的本質。

2017年10月,科學家借LIGO(激光干涉引力波天文台)探測到了由兩顆中子星相撞產生的引力波。與此同時,天文學家用傳統望遠鏡也觀察到了這起名為GW170817的天文事件。這樣一來,科學家便得以同時通過引力波和光波研究此次事件。這次雙重測量還幫助科學家對宇宙的其它方面有了進一步瞭解,宇宙可能擁有的維度數量便是其中之一。這些新研究結果還為愛因斯坦的廣義相對論提供了額外證據。

“廣義相對論提出,引力應當在三個維度內發生作用,而結果顯示,這正是我們觀察到的情況。”該研究的主要作者、普林斯頓大學博士生剋里斯・帕爾多表示。

雖然到目前為止,廣義相對論對宇宙的描述還算精確,但有一點卻無法很好地解釋:為什麼宇宙正在加速擴張。科學家給加速原因起了個名字,叫做“暗能量”,但無人知道暗能量究竟為何物。有些理論為解釋宇宙加速擴張現象,對引力理論做了修改,認為引力在大尺度上的作用方式會有所不同。有不少這樣的理論預測,宇宙中也許還存在其它維度,並且可以借引力波進行探測。

“從本質上來說,一切試圖修改引力理論的努力都是由暗能量之謎推動的。我們想知道,能否通過修改引力理論來解釋宇宙加速膨脹的原因。”牛津大學宇宙學家泰莎・貝克表示。

很多此類理論稱,若真的存在三維之外的維度,引力波就會“滲漏”到這些維度中,導致引力波在穿梭宇宙的過程中不斷減弱。參與近期研究的科學家測量了GW170817發出的引力波與光波的行進距離,但並未發現上述減弱跡象。

受GW170817事件的啟發,許多研究通過計算引力波的傳播速度,得出了傳播時延,並據此排除了部分修改後的引力理論。而貝克表示,此次新發表的研究還將否定其它一系列理論。

此次新研究結果只是排除了額外維度大規模存在的可能性,並未否定弦理論預言的“宇宙中存在10個以上的維度”(弦理論認為,萬物的基本組成單位都是微小的、不斷振動的弦)。不過該研究的確顯示,從1英里(約合1.6公里)到8000萬光年的尺度上,宇宙都是以三維形式存在的。該研究還否定了更大規模維度的可能性,但前提是,這些維度能夠在小於8000萬光年的尺度上、對物理現象造成可觀察到的影響。

研究人員還利用這些數據計算了“引力子”的壽命。引力子是一種理論粒子,若它真的存在的話,便是傳遞引力的介質。結果發現,引力子的壽命至少為4.5億年。換句話說,引力子並不會隨著時間的推移、衰變成質量更輕的粒子。但有些修改後的引力理論預言引力子會經曆這種衰變,因此在未來的引力波事件中,科學家可以再次計算引力子的壽命,借此對這些理論開展進一步測試。

貝克指出,GW170817事件“從宇宙學的角度來看,基本就是在我們自家門口發生的”。但物理學家還想觀測在宇宙更遠處發生的此類事件(這些事件發生的時間也更久遠),因為這才能證明引力、或暗能量是否會隨著時間發生變化。

就目前來看,宇宙似乎只有我們習慣的三個維度。但科幻小說作者和時間旅行迷們大可不必絕望,宇宙中也許還存在其它維度,只不過很小、很緊湊而已。

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