引力波研究称宇宙中只存在已知的四个时空维度

发表于 4年以前 | 总阅读数：909 次

资料图

而在2017年，宇宙为我们提供了一个绝佳的验证机会。在1.3亿光年之外，两颗中子星在相撞后合并，产生的引力波如海啸般席卷了整个宇宙。2017年8月17日，美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）和意大利的Virgo天文台监测到了此次引力波。此外，这次事件还形成了千新星，产生了极为明亮的伽马射线暴，并遗留下了金等重元素。于是，美国和意大利的引力波探测器记录下了此次形成的时空涟漪，NASA的尼尔·格雷尔斯雨燕天文台等则探测到了电磁辐射。

此次事件令天体物理学家们激动不已。有史以来头一次，他们观察到了来自同一起事件的电磁波和引力波，并可以将两个信号进行比较、从而做出与宇宙有关的新发现。此次发现不仅让相关科学家获得了诺贝尔物理学奖的殊荣，还开启了“多信使天文学”的新时代。

自此之后，研究人员便开始利用这一历史性事件、进一步探索除了已知的四个时空维度之外的维度层次。结果发现，我们的宇宙也许比许多物理理论预测的简单得多。

再说回我们刚才提到的暗物质和暗能量之谜。科学家认为，宇宙中的大多数物质都由我们看不见的物质构成。虽然不知道这些物质是什么，但我们可以感受到它们的引力效应，所以我们知道它们就在那里。而暗能量就更扑朔迷离了。和暗物质一样，暗能量名字里也有个“暗”字，因为我们实在不清楚它究竟为何物。但我们也知道它一定存在，并且宇宙学家相信，暗能量就是宇宙的加速膨胀的背后推手。

科学家针对暗物质和暗能量提出了许多理论，其中部分理论需要有额外维度的存在才能成立。有趣的是，在探索这些未知的额外维度领域的过程中，我们也许可以对引力波加以利用。

简单来说，科学家认为，假如真的存在其它维度的话，当引力波以光速在时空中传播时，引力波的部分能量便会“泄漏”到这些额外维度中去。因此被引力波天文台监测到时，引力波的振幅应当会小于预期。而一般的电磁辐射（比如伽马射线暴的光线）并不会与这些额外维度发生相互作用，因此不会变化。从理论上来说，假如存在其它维度的话，只要将2017年探测到的引力波信号与电磁信号相比较，两者之间便会呈现出一定偏差。

然而研究显示，这两个信号之间并没有什么区别，说明光信号和引力波的传播都仅限于四维时空。这也符合爱因斯坦广义相对论的预测。不仅如此，该理论还在一个多世纪前预言了引力波的存在。

这并不意味着额外维度一定不存在，也许说明我们的引力理论需要修改、或者是我们需要测量更多的多信使事件。不过这至少说明，发现引力波仅过了区区几年，引力波就已经兑现了自己的“诺言”，真的对一些关键宇宙理论发起了挑战。