宇宙有多少個維度?「聽」1.3億光年外傳來的引力波怎麼說

2020-12-06 關注未來世界

#科學了不起#

有很多物理理論認為,宇宙中除了已知的4個維度(3個空間維度和1個時間維度)以外,還存在更多維度。

如果真的存在更多的維度,那麼關於宇宙的一些最撲朔迷離的謎題就很容易破解了。比如,暗物質和暗能量。

暗物質構成了宇宙的23%,我們看不見這些物質,也不知道它們是什麼,但我們可以感知它們的引力效應,所以我們相信它們確實存在。暗能量構成了宇宙的73%,它推動整個宇宙以令人難以置信的速度飛快地膨脹。除了暗物質與暗能量之外的4%,才是我們現在看得見摸得著的「宇宙」。

為了刻畫暗物質和暗能量,科學家提出了許多理論,其中一部分理論只有在宇宙存在額外的維度的前提下才能成立,他們猜測,額外的維度就在我們身邊,但是尺度非常小,我們無法觀察它們。

這些關於維度、暗物質、暗能量的理論目前還沒有辦法證實,但愛因斯坦的廣義相對論切切實實地帶我們感知到了來自遙遠深空的引力波。

宇宙中發生大質量天體相撞的事件會產生引力波,假如真的有未知的維度,那麼引力波的一部分能量就會「洩漏」到其它維度,地球上測量到的引力波的振幅就會偏小。大質量天體相撞事件還會產生電磁輻射,比如伽馬射線暴。根據人們長期以來的觀察,電磁波不會洩漏到其它維度。假如能同時觀察來自同一事件的引力波和電磁波,加以比較,就很容易知道引力波的能量有沒有洩漏到其它維度。

2017年8月17日,美國的雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)和義大利的Virgo天文臺探測到一起引力波事件,與此同時,美國NASA的尼爾格雷爾斯雨燕天文臺探測到了這起事件釋放的電磁輻射。這是人類歷史上第一次同步接收到引力事件的引力波信號和電磁信號。

這起引力事件的經過是這樣的。在距離地球1.3億光年的深空,兩顆中子星相撞、合併,產生了強烈的引力波,還釋放出極強的伽馬射線暴。根據理論,假如有未知的維度,引力波的能量會洩漏到其它維度,那麼引力波信號與電磁信號之間一定會出現一點偏差。但是,研究結果表明這兩個信號沒有差異,說明光的傳播和引力波的傳播都僅限於四維時空。

結語

或許,就像愛因斯坦廣義相對論預測的那樣,我們的宇宙並不複雜。

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