引力波研究稱(chēng)宇宙中只存在已知的四個(gè)時(shí)空維度
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,有許多物理理論預(yù)測(cè),宇宙中除了我們所熟知的四個(gè)維度(三個(gè)空間維度和一個(gè)時(shí)間維度)之外,還有更多維度。如果有了這些額外維度,宇宙中一些最復(fù)雜艱深的謎團(tuán)就很容易解釋了。例如,一些解釋暗物質(zhì)和暗能量的理論就以宇宙中存在多個(gè)“額外”維度為前提,認(rèn)為這些維度就在我們身邊,只是尺度過(guò)小、難以觀察而已。
而在2017年,宇宙為我們提供了一個(gè)絕佳的驗(yàn)證機(jī)會(huì)。在1.3億光年之外,兩顆中子星在相撞后合并,產(chǎn)生的引力波如海嘯般席卷了整個(gè)宇宙。2017年8月17日,美國(guó)的激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)和意大利的Virgo天文臺(tái)監(jiān)測(cè)到了此次引力波。此外,這次事件還形成了千新星,產(chǎn)生了極為明亮的伽馬射線暴,并遺留下了金等重元素。于是,美國(guó)和意大利的引力波探測(cè)器記錄下了此次形成的時(shí)空漣漪,NASA的尼爾·格雷爾斯雨燕天文臺(tái)等則探測(cè)到了電磁輻射。 此次事件令天體物理學(xué)家們激動(dòng)不已。有史以來(lái)頭一次,他們觀察到了來(lái)自同一起事件的電磁波和引力波,并可以將兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較、從而做出與宇宙有關(guān)的新發(fā)現(xiàn)。此次發(fā)現(xiàn)不僅讓相關(guān)科學(xué)家獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的殊榮,還開(kāi)啟了“多信使天文學(xué)”的新時(shí)代。 自此之后,研究人員便開(kāi)始利用這一歷史性事件、進(jìn)一步探索除了已知的四個(gè)時(shí)空維度之外的維度層次。結(jié)果發(fā)現(xiàn),我們的宇宙也許比許多物理理論預(yù)測(cè)的簡(jiǎn)單得多。 再說(shuō)回我們剛才提到的暗物質(zhì)和暗能量之謎。科學(xué)家認(rèn)為,宇宙中的大多數(shù)物質(zhì)都由我們看不見(jiàn)的物質(zhì)構(gòu)成。雖然不知道這些物質(zhì)是什么,但我們可以感受到它們的引力效應(yīng),所以我們知道它們就在那里。而暗能量就更撲朔迷離了。和暗物質(zhì)一樣,暗能量名字里也有個(gè)“暗”字,因?yàn)槲覀儗?shí)在不清楚它究竟為何物。但我們也知道它一定存在,并且宇宙學(xué)家相信,暗能量就是宇宙的加速膨脹的背后推手。 科學(xué)家針對(duì)暗物質(zhì)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(lǐng)域的過(guò)程中,我們也許可以對(duì)引力波加以利用。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),科學(xué)家認(rèn)為,假如真的存在其它維度的話,當(dāng)引力波以光速在時(shí)空中傳播時(shí),引力波的部分能量便會(huì)“泄漏”到這些額外維度中去。因此被引力波天文臺(tái)監(jiān)測(cè)到時(shí),引力波的振幅應(yīng)當(dāng)會(huì)小于預(yù)期。而一般的電磁輻射(比如伽馬射線暴的光線)并不會(huì)與這些額外維度發(fā)生相互作用,因此不會(huì)變化。從理論上來(lái)說(shuō),假如存在其它維度的話,只要將2017年探測(cè)到的引力波信號(hào)與電磁信號(hào)相比較,兩者之間便會(huì)呈現(xiàn)出一定偏差。 然而研究顯示,這兩個(gè)信號(hào)之間并沒(méi)有什么區(qū)別,說(shuō)明光信號(hào)和引力波的傳播都僅限于四維時(shí)空。這也符合愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)。不僅如此,該理論還在一個(gè)多世紀(jì)前預(yù)言了引力波的存在。 這并不意味著額外維度一定不存在,也許說(shuō)明我們的引力理論需要修改、或者是我們需要測(cè)量更多的多信使事件。不過(guò)這至少說(shuō)明,發(fā)現(xiàn)引力波僅過(guò)了區(qū)區(qū)幾年,引力波就已經(jīng)兌現(xiàn)了自己的“諾言”,真的對(duì)一些關(guān)鍵宇宙理論發(fā)起了挑戰(zhàn)。 (來(lái)源:新浪科技)
關(guān)鍵詞: 引力波
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