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搞色色 _引力波与暗物质有什么关系?若你相信引力波,那宇宙只有四个维度

许多物理理论预测了比我们所知和热爱的维度(空间三维和时间)更多的维度。有了这些额外的维度将会对解释大多数宇宙中未知的秘密有所帮助。比如,一些解释暗物质和暗能量的理论是基于在这更多额外的维度存在于我们每天经历的维度外,只是他们小到难以察觉以及非常难去发现的这个概念。

引力波与暗物质有什么关系?若你相信引力波,那宇宙只有四个维度

图解:1.3亿光年外的2颗中子星的超级“车祸”为我们提供了一些调查我们宇宙有少次元的伟大线索。图源:MICHAEL STEVENSON/UIG/GETTY IMAGES

但是在去年,宇宙给了我们一个立方体。1.3亿光年外两颗中子星碰撞融合后产生了一场引力波海啸爆破了宇宙,这被美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和意大利室女座天文台在2017年8月17日检测到。另外这事件爆发出一颗千新星,创造了一场非常明亮的伽马射线爆炸,遗留了一些重元素,像黄金,在他的尾迹。美国和意大利的探测器记录了时空的波动,而美国宇航局的Swift太空天文台(和其他机构)探测到了电磁辐射。

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天体物理学家对这事件真的感到非常兴奋。这是历史上的第一次,他们检测到了电磁波和引力波在同一个事件中——他们可以通过比较2种信号去做更多关于我们宇宙的发现。这个发现致使了激光干涉引力波天文台的物理学家们得到了诺贝尔奖,并开创了多信使天文学的新纪元。

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现在,研究员们用这历史事件去探测时空中四维空间以外的次元,从而揭示出我们宇宙可能比物理理论预测的要简单的多。

让我们回到之前提到的暗物质与暗能量的秘密。宇宙中呈现出的绝大多数的物质被我们认为是看不见的。但是我们可以感受到它的引力影响,所以我们知道它在那——无论“它”是什么。暗能量更让人费解。像暗物质,暗能量是“暗的”因为我们真的不知道它是什么。但是我们知道它就在那,而且宇宙学家们相信它是推动宇宙加速膨胀的原因。

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暗物质和暗能量有许多理论被提出,其中一些存在于在我们已知的四维以外的维度中。有趣的是,引力波可以被选作为一个可能的原理去用来探索未知的异次元领域。

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简而言之,当引力波以光速在时空中传播时,科学家们认为一些引力波的能量将“泄露”到额外的次元中去,假如这些额外的次元存在的话。所以,当引力波被天文台观察到,这些波动将会比预测的振幅更小。普通的电磁辐射(比如光从伽马射线中爆发),没有与这些额外的次元相互作用并且保持不变。通过从去年的中子星碰撞测量的引力波信号和与电磁信号比较,这两个在大体上应该会显示出差异,如果这些额外的次元存在的话。

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唉,根据这个研究调查,他们没有差别,表明光和引力波都只在四维时空中穿梭——就像爱因斯坦预测的广义相对论一样,同样的理论在一个多世纪以前就预测了引力波的存在。

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这并不一定意味着额外的次元不存在——它只能表示我们的理论是关于引力如何在这些维度中相互作用,我们需要去修改或者我们只需简单的测量更多的多信使事件——但是从他们的发现后的三年,引力波已经使他们承诺的更关键性与更具挑战性的宇宙学理论更上一层楼了。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. IAN O'NEILL, PH.D- howstuffworks

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