8000万光年内宇宙是三维的？如果有额外维度，那一定非常小？
8000万光年内宇宙是三维的？如果有额外维度，那一定非常小？Original
博科园 科学科普
天文物理
3天前
我们的宇宙不仅仅存在于三维空间中吗（此处未加上时间维度）？发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)上的一项新研究表明，在大尺度上可能不会如此。研究发现在太空中，宇宙的运行方式很可能和我们在地球上所经历的一样。这些结果也帮助科学家更好地理解暗能量的神秘本质，暗能量是宇宙加速膨胀背后的神秘现象。2017年10月科学家利用激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测了两颗中子星相撞时产生的引力波。https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0Wb120K0BFbVTA2Qmht44mXawJEfiaibnHq7aSISxRTWTWGnnxtEqLpyxDTbpVWNPFBxvI0MaQibPhmw/640?wx_fmt=jpeg
博科园-科学科普：这一事件被称为GW170817，也可以用传统的望远镜观测到，这样科学家们就可以同时通过引力波和光波来研究这一现象。这两种测量方法使科学家们能够了解我们宇宙的方方面面，包括它可能包含多少维度。新的结果也为爱因斯坦广义相对论提供了额外证据。这项研究的主要作者、普林斯顿大学的博士生克里斯•帕尔多(Kris Pardo)表示：广义相对论认为，引力应该在三维空间中起作用，(结果)表明，这就是我们所看到的。虽然广义相对论迄今为止在描述宇宙时被证明是正确的，但有一件事它不能很好地解释：为什么我们的宇宙在加速膨胀。科学家们将这种加速的原因戏称为“暗能量”，但没有人知道它是什么。一些理论修改引力理论来解释膨胀，表明引力在大尺度上的作用是不同的。这些想法中有许多预测了其他维度的存在，这些维度可以被引力波探测。寻找改进的引力理论的整个努力本质上是由暗能量之谜驱动。英国牛津大学(Oxford University)的宇宙学家特莎·贝克(Tessa Baker)说：我们正在试图找到一种方法，可以通过调整万有引力定律来解释宇宙膨胀为何加速？根据许多这些理论，如果存在额外的维度，引力波会“泄漏”到这些维度，导致这些波在穿越宇宙时减弱。
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在最近的研究中，科学家们测量了GW170817的引力波和光波到达地球的距离，但研究人员没有发现任何与额外维度相关的减弱迹象。GW170817事件发生后，许多研究人员通过计算引力波的速度来确定引力波的传播时间延迟，排除了一些经过修正的引力理论，这篇新论文可以排除另一套理论。新结果只排除了较大维度。因此它们不会对弦理论所预测的10多个维度施加任何约束。弦理论是物理学中的一个理论，它认为一切都是由微小的振动弦构成。然而新的发现确实表明，在1英里(1.6公里)到至少8000万光年的范围内，宇宙是三维的。
这一发现进一步否定了更大的维度，但前提是它们在小于8000万光年的尺度上对物理学有可见的影响。研究人员还利用这些数据计算了引力子的寿命。引力子是一种理论粒子，如果存在，就会传递引力。科学家们发现，这一寿命至少有4.5亿年。换句话说这次引力子不会衰变为更轻的粒子。一些经过修正的引力理论预测了这种衰变，因此这种对引力子寿命的计算可以用于未来发生在宇宙其他部分的引力波事件，有助于进一步验证这些理论。
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GW170817碰撞事件“在宇宙学上非常非常局部——基本上就在我们家门口。但是，物理学家们真的很想在更远距离看到更多事件(这可能发生在更久远的时间)，因为这些将揭示引力或暗能量是否随时间而改变。目前，宇宙似乎只有我们熟悉的那些维度。但不要绝望，科幻作家和时间旅行爱好者——更小、更紧凑的尺寸可能仍然存在。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《宇宙学与天体粒子物理学》(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)文：Mara Johnson-Groh/Live ScienceDOI：doi.org/10.1088/1475-7516/2018/07/048
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