如果你相信引力波,宇宙只有四维

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1.3亿光年外的两颗中子星的超级碰撞为研究我们的宇宙有多少维度提供了一些很好的线索。18新利最新登入迈克尔·史蒂文森/ UIG/盖蒂图片社

许多物理学理论预测,除了我们所知道和喜爱的四维(三维空间,一维时间)之外,还有更多的维度。拥有这些额外的维度将有助于解释宇宙中一些最令人困惑的谜团。例如,一些理论解释暗物质暗能量是基于这样一种观点:除了我们每天经历的维度之外,还有更多的“额外”维度存在;它们很小,很难观测到。

然而,去年,上天帮了我18新利最新登入们一个大忙。一亿三千万光年远,两个中子星碰撞2017年8月17日,美国的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和意大利的处女座天文台探测到引力波海啸,爆炸了宇宙。此外,事件爆发了一个kilonova产生了非常明亮的伽马射线暴,在它的尾迹中留下了重元素,比如金。美国和意大利的探测器记录了时空涟漪,而美国宇航局的斯威夫特空间天文台(和其他天文台)则探测到了电磁辐射。

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天体物理学家了真的对这次活动很兴奋。他们在历史上第一次观测到同一事件的电磁波和引力波——他们可以比较这两种信号,从而对我们的宇宙有新的发现。这一发现为LIGO的科学家们赢得了诺贝尔物理学奖,开创了“多信使天文学”的新时代引力波探测器发现了碰撞的中子星——并发现了一个科学金矿).

现在,研究人员利用这一历史性事件来探测岩层除了四维时空揭示了我们的宇宙可能比一些物理理论预测的要简单得多。

让我们回到我们提到的暗物质和暗能量的奥秘。宇宙中的绝大多数物质被认为是由我们看不见的物质所体现的。然而,我们可以感18新利最新登入觉到它的引力作用,所以我们知道它在那里——不管“它”是什么。暗能量更是令人费解。和暗物质一样,暗能量之所以“暗”,是因为我们并不真正知道它是什么。但我们知道它就在那里,宇宙学家认为它是推动宇宙加速膨胀的原因。

关于暗物质和暗能量已经提出了许多理论,其中一些理论要求在我们已知的四个维度之外存在额外的维度。有趣的是,引力波被认为是一种可能的机制,可以用来探测这个未知的超次元领域。

简单地说,当引力波在光速通过时空,科学家们认为一些引力波的能量会“泄漏”到额外的维度,如果这些额外的维度存在的话。因此,当引力波天文台探测到引力波时,引力波的振幅会比预测的小。正常的电磁辐射(即来自伽马射线爆发的光)不与这些额外的维度相互作用,并将保持不变。通过测量去年中子星碰撞产生的引力波信号,并将其与电磁信号进行比较,如果这些额外维度存在,原则上两者应该表现出差异。

可惜的是,根据这项研究,它们并没有什么不同,这表明光和引力波都只在四维时空中传播——就像它们一样爱因斯坦的预测他的广义相对论,就是一个多世纪前预言引力波存在的理论。

这并不一定意味着额外的维度不存在——这可能只是意味着我们关于引力如何与这些维度相互作用的理论需要修改,或者我们只是需要测量更多的多信使事件——但引力波发现仅仅三年之后,就已经兑现了挑战一些关键宇宙学理论的承诺18新利最新登入。

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