新理論認(rèn)為,引力波能夠?qū)ふ业接钪嬷械钠渌S度

產(chǎn)生引力波


弦理論試圖想要解釋在我們的宇宙中找到額外的維度,物理學(xué)家認(rèn)為,引力波可能是我們找到它們的關(guān)鍵。

這個新的假說試圖回答長期存在的神秘謎團:為什么引力似乎弱于宇宙中其他的基本力量。新假說認(rèn)為它實際上是"泄漏"到額外的維度,我們還沒有檢測到維度上。

法國法國理工學(xué)院的埃米利安 · 達達斯說:"額外的維度從不同的角度已經(jīng)被討論了很長時間。引力波可能是尋找額外維度的一個新轉(zhuǎn)折。"

現(xiàn)在,我們很滿意四維宇宙的想法,三個空間維度加上時間維度是第四維。但是,我們對物理行為在最小尺度上的理解有很多差距,額外的六個維度可以幫助填補。事實上,根據(jù)弦理論,如果由 10 個維度組成,宇宙將會更加有意義。作為物理學(xué)家最終能夠縮小經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)差距的最有希望的途徑之一,弦理論不容忽視。

弦理論提出,我們設(shè)法檢測到的最小的物質(zhì)構(gòu)造塊,被稱為夸克,實際上是由甚至更細的,像振弦一樣的能量細絲組成。

這些"弦"對于物理學(xué)家來說是誘人的可能性,因為他們實際上可以做一些目前物理學(xué)不能做的事情。他們可以同時描述所有已知的自然力量:引力,電磁力和核力。他們也可以幫助我們理解宇宙的擴張似乎正在加速的事實。

引力波概念模型

唯一的問題是,為了在數(shù)學(xué)上可行,這些弦理論需要至少 10 個物理維度,現(xiàn)在,我們甚至沒有找到一個額外的維度。

但德國馬克斯 · 普朗克重力物理研究所的物理學(xué)家古斯塔沃 · 盧塞恩 · 戈麥斯(Gustavo LucenaG ó mez)和大衛(wèi) · 安德里奧(David Andriot)認(rèn)為,他們有一個非常好的方法來尋找愛因斯坦著名的引力波。

引力波是去年科學(xué)中最大的事,當(dāng)路易斯安那州和加利福尼亞州的兩個巨大的 LIGO(激光干涉引力波天文臺)觀測站的研究人員宣布,他們終于找到了愛因斯坦 100 年前預(yù)測的時空波紋的直接證據(jù)。

引力波如聲波,以光速穿過太空,由我們宇宙中最猛烈的事件引起,如黑洞合并或恒星爆炸。他們也可以通過宇宙中存在的所有維度。

維度翹曲點想象圖

戈麥斯認(rèn)為:"如果宇宙中有額外的維度,則引力波可以沿著任何維度走。"

戈麥斯和安德里奧提出了一個數(shù)學(xué)模型來描述隱藏的維度對引力波的影響,并且發(fā)現(xiàn)了兩個關(guān)鍵因素:在高頻下會存在額外的波,引力波會在不同維度上拉伸宇宙的結(jié)構(gòu)。

他們把第一個因素描述為一個巨大的引力波,頻率如此之高,我們目前的探測器找不到它們,LIGO 需要比現(xiàn)在高幾千倍的敏感度才能看到。但是,如果這樣的探測器可用,那么可以希望有一個很干凈的信號,因為沒有已知的天體物理過程發(fā)射頻率大于 1000Hz 的引力波。

這樣的高頻可能是新物理學(xué)的明顯癥狀。

第二個因素,他們稱之為"呼吸模式",將要求物理學(xué)家在正常的引力波(即我們現(xiàn)在可以檢測到)如何伸展或縮小時空中觀察異常情況。呼吸模式以特定的方式使空間變形,給出不同的特征。

科學(xué)家預(yù)測,為了觀察這一變化,他們將需要三個像 LIGO 這樣的檢測器,同時在同一時間觀察同樣的事情。

宇宙中可能存在多種維度

這個想法不僅給了我們尋找更多維度的新方法。它也可以幫助我們解決物理學(xué)中最大的問題之一:為什么引力作為宇宙基本力量相對較"弱"。

這可能是引力"泄漏"到我們看不到的六個額外的維度上,所以我們只能知道其對可測量的四個維度的宇宙的一小部分影響。

要指出的是,這個假設(shè)處于早期階段,尚未得到同行評議,所以我們可以期待物理界對于其真實性的探究。

英國倫敦國王學(xué)院的理論物理學(xué)家 Bobby Acharya 堅信宇宙中有另外的一些維度,還沒有被我們發(fā)現(xiàn),但是我們可能會用引力波來尋找它們。這意味著為了激發(fā)他們,并在這些額外的維度上創(chuàng)造波,你需要大量的能量。而且,如果你產(chǎn)生了在額外的維度上傳播的引力波。事實上,額外的維度很小,這意味著這種引力波的頻率將會非常高 ,遠遠高于 LIGO 引力波檢測器可以檢測到的。

在這個想法變得技術(shù)上可行的前提下,我們還有很長的路要走,但如果宇宙中的維度比我們所知道的更多,我們很高興有人在想找到它們的方法。

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