8000萬光年內宇宙是三維的？如果有額外維度，那一定非常小？

我們的宇宙不僅僅存在於三維空間中嗎（此處未加上時間維度）？發表在《宇宙學與天體粒子物理學雜誌》(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)上的一項新研究表明，在大尺度上可能不會如此。研究發現在太空中，宇宙的運行方式很可能和我們在地球上所經歷的一樣。這些結果也幫助科學家更好地理解暗能量的神秘本質，暗能量是宇宙加速膨脹背後的神秘現象。2017年10月科學家利用激光干涉儀引力波天文台(LIGO)探測了兩顆中子星相撞時產生的引力波。

博科園-科學科普：這一事件被稱為GW170817，也可以用傳統的望遠鏡觀測到，這樣科學家們就可以同時通過引力波和光波來研究這一現象。這兩種測量方法使科學家們能夠了解我們宇宙的方方面面，包括它可能包含多少維度。新的結果也為愛因斯坦廣義相對論提供了額外證據。這項研究的主要作者、普林斯頓大學的博士生克里斯?帕爾多(Kris Pardo)表示：廣義相對論認為，引力應該在三維空間中起作用，(結果)表明，這就是我們所看到的。雖然廣義相對論迄今為止在描述宇宙時被證明是正確的，但有一件事它不能很好地解釋：為什麼我們的宇宙在加速膨脹。

科學家們將這種加速的原因戲稱為「暗能量」，但沒有人知道它是什麼。一些理論修改引力理論來解釋膨脹，表明引力在大尺度上的作用是不同的。這些想法中有許多預測了其他維度的存在，這些維度可以被引力波探測。尋找改進的引力理論的整個努力本質上是由暗能量之謎驅動。英國牛津大學(Oxford University)的宇宙學家特莎·貝克(Tessa Baker)說：我們正在試圖找到一種方法，可以通過調整萬有引力定律來解釋宇宙膨脹為何加速？根據許多這些理論，如果存在額外的維度，引力波會「泄漏」到這些維度，導致這些波在穿越宇宙時減弱。

圖片：sakkmesterke / Shutterstock

在最近的研究中，科學家們測量了GW170817的引力波和光波到達地球的距離，但研究人員沒有發現任何與額外維度相關的減弱跡象。GW170817事件發生後，許多研究人員通過計算引力波的速度來確定引力波的傳播時間延遲，排除了一些經過修正的引力理論，這篇新論文可以排除另一套理論。新結果只排除了較大維度。因此它們不會對弦理論所預測的10多個維度施加任何約束。弦理論是物理學中的一個理論，它認為一切都是由微小的振動弦構成。然而新的發現確實表明，在1英里(1.6公里)到至少8000萬光年的範圍內，宇宙是三維的。

這一發現進一步否定了更大的維度，但前提是它們在小於8000萬光年的尺度上對物理學有可見的影響。研究人員還利用這些數據計算了引力子的壽命。引力子是一種理論粒子，如果存在，就會傳遞引力。科學家們發現，這一壽命至少有4.5億年。換句話說這次引力子不會衰變為更輕的粒子。一些經過修正的引力理論預測了這種衰變，因此這種對引力子壽命的計算可以用於未來發生在宇宙其他部分的引力波事件，有助於進一步驗證這些理論。

GW170817碰撞事件「在宇宙學上非常非常局部——基本上就在我們家門口。但是，物理學家們真的很想在更遠距離看到更多事件(這可能發生在更久遠的時間)，因為這些將揭示引力或暗能量是否隨時間而改變。目前，宇宙似乎只有我們熟悉的那些維度。但不要絕望，科幻作家和時間旅行愛好者——更小、更緊湊的尺寸可能仍然存在。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《宇宙學與天體粒子物理學》(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)

文：Mara Johnson-Groh/Live Science

DOI：doi.org/10.1088/1475-7516/2018/07/048

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