引力波研究称宇宙中只存在已知的四个时空维度

2020-06-30 11:16:29 新闻来源:网络
  根据外国媒体的报道,有许多物理理论预测,宇宙中的维度比我们所熟知的四个维度(三个空间维度和一个时间维度)更多。有了这些额外的维度,宇宙中一些最复杂和最困难的奥秘就可以很容易地解释。例如,一些解释暗物质和暗能量的理论假定宇宙中存在多个"额外"维度,认为这些维度在我们周围,但它们太小,无法观察。
  2017年,宇宙为我们提供了一个很好的机会来验证。在1.3亿光年之外,两颗中子星在碰撞后合并,导致引力波像海啸一样席卷宇宙。2017年8月17日,美国激光干涉重力波观测站(LIGO)和意大利室女座天文台(LIGO)对引力波进行了监测。此外,这一事件还形成了一千个新星,导致了极其明亮的伽马射线爆发,并留下了金等重元素。结果,美国和意大利的引力波探测器记录了由此产生的时空涟漪,而美国宇航局的尼尔·格里斯·斯威夫特天文台探测到了电磁辐射。
  这一事件让天体物理学家感到兴奋。他们在历史上第一次从同一事件中观测到电磁波和引力波,并能够比较这两种信号来做出与宇宙有关的新发现。这一发现不仅为科学家赢得了诺贝尔物理学奖,而且还开创了一个"多信使天文学"的新时代。
  从那时起,研究人员利用这一历史性事件,除了已知的四个时空维度之外,还进一步探索维度水平。事实证明,我们的宇宙可能比许多物理理论预测的要简单得多。
  让我们回到我们刚才提到的暗物质和暗能量的奥秘。科学家们认为宇宙中的大部分物质是由我们看不到的物质组成的。虽然我们不知道这些物质是什么,但我们可以感受到它们的引力效应,所以我们知道它们就在那里。暗能量更复杂。就像暗物质一样,在暗能量的名义下有一个词"黑暗",因为我们真的不知道它是什么。但我们也知道它必须存在,宇宙学家认为暗能量是宇宙加速膨胀背后的原因。
  科学家们提出了许多关于暗物质和暗能量的理论,其中一些理论要求建立额外的维度。有趣的是,在探索这些未知的额外维度的过程中,我们也许能够利用引力波。
  简单地说,科学家认为,如果存在其他维度,当引力波以光速在时间和空间传播时,引力波的部分能量将"泄漏"到这些附加维度。因此,当由引力波观测站监测时,引力波的振幅应该比预期的要小。一般电磁辐射,比如伽马射线爆发,不会与这些附加维度发生相互作用,因此不会改变。理论上,如果存在其他维度,2017年探测到的重力波信号与电磁信号之间会有一定的偏差。
  然而,这项研究表明,这两种信号之间没有差别,这表明光信号和引力波的传播仅限于四维时空。这也符合爱因斯坦关于广义相对论的预测。不仅如此,该理论在一个多世纪前就预言了引力波的存在。
  这并不意味着额外的维度就一定不存在,也许意味着我们的引力理论需要修改,或者我们需要测量更多的多信使事件。但至少这表明,仅仅几年后,引力波就实现了它们的"承诺",并真正挑战了一些关键的宇宙理论。
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