川陀太空訊(小伊)宇宙到底有多少維度,有的理論認爲是11維,比如弦論,有的認爲不超過10維。但我們所接觸的空間感覺認爲,宇宙僅僅是三維,加上一個時間維度,頂多也就是四維空時空。爲了驗證時空的維度,科學家發現引力波的探測就可以證明時空的維度到底有多少。

2017年8月,由於激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)探測到由兩顆中子星合併產生的引力波,天文學家在這一領域又取得了重大突破。自那時起,世界各地的科學家利用多種設備進行了後續觀測,希望能確定這次合併的結果,甚至測試各種宇宙學理論。

例如,過去一些科學家曾提出,愛因斯坦的廣義相對論與大尺度宇宙的本質之間的不一致性可以通過額外維度來解釋。然而,根據美國天體物理學家團隊的一項新研究,去年的kilonova事件事實上否定了這一假設。

這項研究最近在《宇宙和天體物理學》雜誌上發表了相關研究成果,推測出時空維度有上限的結論,普林斯頓大學天體物理學系研究人員認爲,宇宙可能就是三維空間,不存在高維空間。

藝術家描繪的2017年8月發現的兩顆中子星合併的kilonova事件。

與之前產生引力波的事件不同,kilonova事件(即GW170817)是兩顆中子星的合併(與黑洞不同),天文學家使用傳統的望遠鏡就可以觀測到事件後果。更重要的是,這是第一個引力波和電磁波(包括可見光,伽馬射線,X射線和無線電波)都能檢測到的天文事件。

正如芝加哥大學天體物理學和物理學專家認爲,這是我們第一次能夠同時在引力波和光波中探測到事件源,這爲我們提供了全新的令人興奮的探索方向,我們一直在學習有關宇宙的各種有趣事件。如上所述,科學家長期以來一直在尋找當前對引力的理解(如廣義相對論的解釋)與我們觀測的宇宙之間的差異的解釋。本質上,星系和星系團的引力遠遠大於它們所擁有的可見物質(如恆星,塵埃和氣體)產生的引力。

藝術家描繪的kilova事件,圖中展示了兩個中子星合併後的天體隨時間而變亮。

目前,科學家用暗物質的存在來解釋宇宙明顯的“質量缺失”,用暗能量來解釋宇宙的恆定和加速膨脹狀態。而另一種理論則認爲,在較長距離中,引力會“泄露”到額外的維度上,導致在大尺度上看起來更弱。這種理論可以解釋天文觀測與廣義相對論之間的明顯差異。kilonova事件及其產生的引力波和光,爲該研究團隊提供了驗證這一理論的方法。根本來說,如果合併後引力泄漏到其他維度,那麼LIGO和其他引力波探測器的檢測信號將比預期的要弱。但事實並非如此。

由此,該團隊認爲即使在數億光年尺度上,宇宙也只是由三維空間和一個我們所熟知的時間維度構成。

根據該團隊的說法,由於最近引力波研究激增,這將是天文學家可以進行的衆多測試的開始。目前有太多理論,我們無法用具體的方法來驗證。這改變了許多人研究天文學的方法。隨着未來對引力波的探測,科學家們可能會找到解開其他宇宙學謎團的方法。

如果宇宙維度只有三維,那麼基本上限制了許多理論的發展,比如弦論肯定就無法自圓其說了。同時高維空間所具備的神奇特點也不可能出現,比如憑空出現某個物體等,這在高維空間中應該不是問題。

那如果高維空間都不可能存在,這就意味着所有的科幻情節都永遠只是科幻。連宇宙本身都不具備這樣的條件,科幻又有什麼用。需要指出的是,引力波的探測也僅僅是開始,根據幾次引力波探測就得出這個結論,也可能過於草率,對時空的研究依然是個漫長的過程。這可能受限於我們的觀測意義,之前我們探測不到引力波也是因爲觀測儀器上精度較差,不夠靈敏,一直到升級了LIGO之後,才獲得了相關觀測能力,奠定了發現引力波的基礎。(川陀太空一點資訊獨家內容)

查看原文 >>
相關文章