引力波研究称宇宙中只存在已知的四个时空维度

Daphane

來源: 新浪科技

1.3亿光年之外的中子星相撞事件为我们探索额外的宇宙维度提供了线索。

新浪科技讯 北京时间6月29日消息，据国外媒体报道，有许多物理理论预测，宇宙中除了我们所熟知的四个维度（三个空间维度和一个时间维度）之外，还有更多维度。如果有了这些额外维度，宇宙中一些最复杂艰深的谜团就很容易解释了。例如，一些解释暗物质和暗能量的理论就以宇宙中存在多个“额外”维度为前提，认为这些维度就在我们身边，只是尺度过小、难以观察而已。　　而在2017年，宇宙为我们提供了一个绝佳的验证机会。在1.3亿光年之外，两颗中子星在相撞后合并，产生的引力波如海啸般席卷了整个宇宙。2017年8月17日，美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）和意大利的Virgo天文台监测到了此次引力波。此外，这次事件还形成了千新星，产生了极为明亮的伽马射线暴，并遗留下了金等重元素。于是，美国和意大利的引力波探测器记录下了此次形成的时空涟漪，NASA的尼尔·格雷尔斯雨燕天文台等则探测到了电磁辐射。
　　此次事件令天体物理学家们激动不已。有史以来头一次，他们观察到了来自同一起事件的电磁波和引力波，并可以将两个信号进行比较、从而做出与宇宙有关的新发现。此次发现不仅让相关科学家获得了诺贝尔物理学奖的殊荣，还开启了“多信使天文学”的新时代。
　　自此之后，研究人员便开始利用这一历史性事件、进一步探索除了已知的四个时空维度之外的维度层次。结果发现，我们的宇宙也许比许多物理理论预测的简单得多。
　　再说回我们刚才提到的暗物质和暗能量之谜。科学家认为，宇宙中的大多数物质都由我们看不见的物质构成。虽然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。而暗能量就更扑朔迷离了。和暗物质一样，暗能量名字里也有个“暗”字，因为我们实在不清楚它究竟为何物。但我们也知道它一定存在，并且宇宙学家相信，暗能量就是宇宙的加速膨胀的背后推手。
　　科学家针对暗物质和暗能量提出了许多理论，其中部分理论需要有额外维度的存在才能成立。有趣的是，在探索这些未知的额外维度领域的过程中，我们也许可以对引力波加以利用。
　　简单来说，科学家认为，假如真的存在其它维度的话，当引力波以光速在时空中传播时，引力波的部分能量便会“泄漏”到这些额外维度中去。因此被引力波天文台监测到时，引力波的振幅应当会小于预期。而一般的电磁辐射（比如伽马射线暴的光线）并不会与这些额外维度发生相互作用，因此不会变化。从理论上来说，假如存在其它维度的话，只要将2017年探测到的引力波信号与电磁信号相比较，两者之间便会呈现出一定偏差。
　　然而研究显示，这两个信号之间并没有什么区别，说明光信号和引力波的传播都仅限于四维时空。这也符合爱因斯坦广义相对论的预测。不仅如此，该理论还在一个多世纪前预言了引力波的存在。
　　这并不意味着额外维度一定不存在，也许说明我们的引力理论需要修改、或者是我们需要测量更多的多信使事件。不过这至少说明，发现引力波仅过了区区几年，引力波就已经兑现了自己的“诺言”，真的对一些关键宇宙理论发起了挑战。