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我们可观测的宇宙可能是一个更高维度的气泡

时间:2019-02-22 14:18:01 作者:迷迷 来源:51区未解之谜网 手机阅读

  这个令人费解的设想听上去像是物理学家的臆想,但它其实是科学家们最新的研究目标之一:研究人员正试图将弦理论的数学原理与暗能量进行调和、使两者能和谐共处(暗能量是一种无处不在的神秘宇宙力量,作用方式与引力刚好相反)。

  


  


  


  弦理论试图将20世纪物理学的两大支柱——量子力学与引力进行统一。该理论假定所有粒子都是一维的弦,弦的振动决定了粒子的质量和电荷等性质。该理论从数学角度来看十分美丽和谐,很长时间以来一直被视为“万物理论”(即一套能够解释所有物理原理的理论框架)的领先“候选人”之一。

  但弦理论家提出的理论名目繁多,最近连他们自己也有些迷失方向。许多版本的弦理论都要求宇宙中存在10个以上的维度,包括我们习惯的三个空间维度和一个时间维度、以及其它许许多多维度。正是这些额外维度的配置决定了我们感知到的宇宙特征。

  研究人员在本世纪初意识到,根据弦理论,宇宙的数量可达到10的500次方之多。这就形成了多元宇宙的局面,我们所处的宇宙只是其中的一小部分而已。但根据弦理论等式建立的假想宇宙大多缺少暗能量。暗能量最早由天文学家于上世纪90年代发现,是目前宇宙加速扩张的原因所在。

  2018年,研究人员对弦理论发起了重重一击,提出在弦理论描述的无数宇宙中,没有一个宇宙拥有我们所知的暗能量。瑞典乌普萨拉大学理论物理学家伍尔夫•丹尼尔森(Ulf Danielsson)指出:“目前弦理论用来描述暗能量的模型都存在数学问题,这一点已经越来越清楚。”

  丹尼尔森称基本问题在于,弦理论的主要等式指出,任何含有我们所知的暗能量的宇宙都应当会快速衰变并消失。但他表示:“我们想化这一问题为优点。”丹尼尔森与同事们共同搭建了一套模型,在这套模型中,导致这些含有暗能量的宇宙发生衰变的过程反而可以使其它维度产生的泡沫加速扩张。我们就生活在这些不断扩张的泡沫之一的边界之内,“暗能量则通过我们所在的泡沫边界与更高维度的泡沫边界之间的相互作用、以一种微妙的方式应运而生。”

  丹尼尔森指出,宇宙大爆炸、也就是我们的宇宙诞生的时刻,就是该泡沫开始扩张的时刻。我们所在宇宙中的粒子只是延伸到额外维度中的弦的末端而已。丹尼尔森和同事们还想分析自己的模型与其它已知物理理论的兼容性。该假说或许能帮助物理学家对早期宇宙和黑洞展开结果可观测的预测。

  但其他研究人员对此并不买账。“这只是纸上谈兵,根本没有实验证据可以提供支持。”德国法兰克福高级研究所物理学家萨比娜•霍森菲尔德(Sabine Hossenfelder)指出。

  霍森菲尔德对基础物理学领域的大多数最新权威意见都持批判态度,并于去年出版了一部名叫《迷失在数学中:美如何将物理学引入歧途》(Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray)的新书。她提出:“弦理论学家提出了看似无数个数学模型,但就我们所知,这些模型与实际观测结果没有任何关系。”

  但丹尼尔森并不认为我们永远无法检验弦理论的正确性,并认为目前围绕弦理论展开的讨论已经对弦理论下了战书。“假如弦理论确实无法产生我们观察到的那种暗能量,那么弦理论就不仅得到了检验,还会被证伪。”(叶子)


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