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我们的宇宙 只是其它五维空间的“气泡”?
2019-01-10 05:52:54  出处:蝌蚪五线谱  作者:李彤馨 编辑:上方文Q   点击可以复制本篇文章的标题和链接

物理学家们提出了一个大胆的新想法,来解释我们不断膨胀的宇宙的永恒之谜——我们实际上可能生活在其它五维空间之间的“气泡”中。

如果这让你脑壳疼,别担心,这很正常。但是我们可以一步步来分析这个问题。

大家都知道,我们的宇宙有四个维度:空间上的三个维度(上和下、左和右、前和后),还有一个维度就是时间,让我们一直向前走。

但来自于瑞典乌普萨拉大学的物理学家提出的这个新理论表明,宇宙中还存在其他类型的空间——五维。当两个五维的空间聚在一起时,连接处就形成了一个膨胀的气泡。

“整个宇宙都被放置于这个不断膨胀的气泡边缘,”一份乌普萨拉的新闻稿解释道,“可以想象,比起我们,泡泡的数量显然更多。”

这是个非常疯狂的事情,但这个问题有一个非常重要的目标——尝试并最终解释“暗能量”——一种理论上令宇宙不断膨胀的能量,究竟是怎么回事,。

几十年来,研究人员一直试图使用弦理论来解释暗能量的问题,但运气并不好。

弦理论是科学中“理想很丰满,现实很骨感”的概念之一。它是如此的优雅,承载着调和物理中不相同观点的希望。

它是早期广义相对论增加维度研究的产物,认为自然界的基本单元不是电子和光子等点状粒子,而是线状的“弦”。弦理论认为,弦的振动和运动产生了各种不同的基本粒子,并因一维“弦”在多个维度的振荡而产生了电荷和自旋等物质性质。

这些弦可以以各种各样的行为方式存在,取决于其中有多少维度或约束属性,方案多达10^500种,而我们的宇宙只是其中的一种。

问题是渐渐地发现,弦理论也是错误的,与我们在宇宙中观察到的是不相符的,并且,它连错都算不上。如果我们根本无法进行测试,那它根本就是不切实际的,那为什么还要自找麻烦?

在科学上犯错的方式不止一种,错误也存在严重程度之分。尽管弦理论有较大的缺陷,但它就像是一辆旧汽车,虽然不能再驾驶了,但车里头还有很多可以回收再用的旧料。

以整个膨胀的宇宙为例。一段时间以来,我们一直把原因归咎于暗能量——一种可以叠加多层空间但却不会撕碎漂浮在里头的物体的能量现象。

我们以荷兰天体物理学家Willem de Sitter的名字,将其命名为德西特静态宇宙模型,并且因为它与我们所看到的现象非常匹配,因此德西特宇宙获得了相关领域的广泛认同。

不幸的是,弦理论的任何变化方案都无法描述我们见到的现象。它们只有在真空能量下降、或者至少稳定为负的情况下才会有效。

所以我们要么抛弃整个弦的概念,要么和我们都熟悉和喜爱的德西特宇宙说再见。

但现在,瑞典的研究人员提出了一个新的解决方案,既保留了弦理论,也保留了德西特的宇宙模型。

这个想法来源于20年前。当时,美国理论物理学家Lisa Randall和Raman Sundrum提出了“五维空间”的观点,并基于膜宇宙(brane)理论提出了一个宇宙替代模型,旨在解决为什么重力比其它力如电磁力弱得多的问题。

想象一种宇宙,它会随着时间滴答作响,有上有下,有左有右,有前有后,还有其他的元素。不,我也不知道它到底长什么样。

重要的是,这就是我们说的反德西特空间。不像我们自己的宇宙,它不是由暗物质来主导,而是拥有正确的负能量。

将两个5D的反德西特空间粘在一起,Randall和Sundrum提出了不同的膜来解释不同的力。

在这种情况下,研究人员用同样的空间来描述我们所生活的正在膨胀的4D宇宙,其中包含转移适量重力的粒子。

那弦理论在哪里发挥作用呢?它的弦(上图中的光束)正在从额外的维度扩展到我们的宇宙,赋予它弦的独特“特性”。

“宇宙中存在的所有物质都对应着延伸到额外维度的弦的末端,”新闻稿这样解释道。

更重要的是,与现有的弦理论模型不同,由于反德西特空间的存在,弦理论仍然成立。事实上,它描述的是一个不断膨胀的泡泡,里面和外面都有一个5D的空间。

就像所有其它的弦模型一样,它们无法一次就解决问题。生活在维度间泡沫的表面是一种诗意的想法,但仍然有待推敲。

物理学已经到了我们需要抛弃那些纸上谈兵之后再看是否符合实际的想法的程度了。

在这些关于振动的弦和气泡宇宙的奇特概念中,会产生一些结论,它们看起来奇怪得就像是突然出现在粒子加速器中的格格不入的统计数据。

或许——只是或许——这些弦理论的碎片会在下一代物理学的伟大思想中找到自己的位置。

我们的宇宙 只是其它五维空间的“气泡”?

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