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新理論認為,引力波能夠尋找到宇宙中的其他維度



新理論認為,引力波能夠尋找到宇宙中的其他維度



弦理論試圖想要解釋在我們的宇宙中找到額外的維度,物理學家認為,引力波可能是我們找到它們的關鍵。

這個新的假說試圖回答長期存在的神秘謎團:為什麼引力似乎弱於宇宙中其他的基本力量。新假說認為它實際上是「泄漏」到額外的維度,我們還沒有檢測到維度上。


法國法國理工學院的埃米利安·達達斯說:「額外的維度從不同的角度已經被討論了很長時間。引力波可能是尋找額外維度的一個新轉折。」


現在,我們很滿意四維宇宙的想法,三個空間維度加上時間維度是第四維。但是,我們對物理行為在最小尺度上的理解有很多差距,額外的六個維度可以幫助填補。事實上,根據弦理論,如果由10個維度組成,宇宙將會更加有意義。作為物理學家最終能夠縮小經典物理學和量子物理學差距的最有希望的途徑之一,弦理論不容忽視。


弦理論提出,我們設法檢測到的最小的物質構造塊,被稱為夸克,實際上是由甚至更細的,像振弦一樣的能量細絲組成。

這些「弦」對於物理學家來說是誘人的可能性,因為他們實際上可以做一些目前物理學不能做的事情。他們可以同時描述所有已知的自然力量:引力,電磁力和核力。他們也可以幫助我們理解宇宙的擴張似乎正在加速的事實。



新理論認為,引力波能夠尋找到宇宙中的其他維度



唯一的問題是,為了在數學上可行,這些弦理論需要至少10個物理維度,現在,我們甚至沒有找到一個額外的維度。


但德國馬克斯·普朗克重力物理研究所的物理學家古斯塔沃·盧塞恩·戈麥斯(Gustavo LucenaGómez)和大衛·安德里奧(David Andriot)認為,他們有一個非常好的方法來尋找愛因斯坦著名的引力波。

引力波是去年科學中最大的事,當路易斯安那州和加利福尼亞州的兩個巨大的LIGO(激光干涉引力波天文台)觀測站的研究人員宣布,他們終於找到了愛因斯坦100年前預測的時空波紋的直接證據。


引力波如聲波,以光速穿過太空,由我們宇宙中最猛烈的事件引起,如黑洞合并或恆星爆炸。他們也可以通過宇宙中存在的所有維度。



新理論認為,引力波能夠尋找到宇宙中的其他維度



戈麥斯認為:「如果宇宙中有額外的維度,則引力波可以沿著任何維度走。」

戈麥斯和安德里奧提出了一個數學模型來描述隱藏的維度對引力波的影響,並且發現了兩個關鍵因素:在高頻下會存在額外的波,引力波會在不同維度上拉伸宇宙的結構。


他們把第一個因素描述為一個巨大的引力波,頻率如此之高,我們目前的探測器找不到它們,LIGO需要比現在高几千倍的敏感度才能看到。但是,如果這樣的探測器可用,那麼可以希望有一個很乾凈的信號,因為沒有已知的天體物理過程發射頻率大於1000Hz的引力波。


這樣的高頻可能是新物理學的明顯癥狀。


第二個因素,他們稱之為「呼吸模式」,將要求物理學家在正常的引力波(即我們現在可以檢測到)如何伸展或縮小時空中觀察異常情況。呼吸模式以特定的方式使空間變形,給出不同的特徵。

科學家預測,為了觀察這一變化,他們將需要三個像LIGO這樣的檢測器,同時在同一時間觀察同樣的事情。



新理論認為,引力波能夠尋找到宇宙中的其他維度



這個想法不僅給了我們尋找更多維度的新方法。它也可以幫助我們解決物理學中最大的問題之一:為什麼引力作為宇宙基本力量相對較「弱」。


這可能是引力「泄漏」到我們看不到的六個額外的維度上,所以我們只能知道其對可測量的四個維度的宇宙的一小部分影響。


要指出的是,這個假設處於早期階段,尚未得到同行評議,所以我們可以期待物理界對於其真實性的探究。


英國倫敦國王學院的理論物理學家Bobby Acharya堅信宇宙中有另外的一些維度,還沒有被我們發現,但是我們可能會用引力波來尋找它們。這意味著為了激發他們,並在這些額外的維度上創造波,你需要大量的能量。而且,如果你產生了在額外的維度上傳播的引力波。事實上,額外的維度很小,這意味著這種引力波的頻率將會非常高 ,遠遠高於LIGO引力波檢測器可以檢測到的。


在這個想法變得技術上可行的前提下,我們還有很長的路要走,但如果宇宙中的維度比我們所知道的更多,我們很高興有人在想找到它們的方法。

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