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一维空间孕育众生?

(文/Lisa Grossman)宇宙在诞生之初的维度可能低于三维,并且在极高的能量下它仍有可能塌缩至一维。

这个观点也许会解决粒子物理学中最棘手的问题。物理评论快报3月11日发表的新研究表明,它可以被下一代望远镜验证。这使它比其他更主流的理论模型(如弦理论)更有优势。

粒子物理学现有的标准模型虽然可以解释绝大部分的宇宙,但却在大爆炸后的高能状态下失效了。这是致命的问题。例如,标准模型始终无法解释为何宇宙在加速膨胀,而且也无法把宏观和微观物体的物理规律相连接。

绝大多数理论物理学家认为这种缺陷意味着高能状态产生了新的物理规律,可能包含了新粒子和额外的、不可见的空间维度。但是所有的新理论都没有得到实验验证。

“我认为人们太沉迷于主流模型。”布朗大学的物理学家格雷格•兰茨贝格告诉我们,“我们可能会因此而一叶障目。粒子物理学界太需要突破,也太需要新的实验数据来推动了。”

去年,兰茨贝格和同事们提出了使标准模型适用于高能情况的简单方法:让宇宙的维度消失。如果炙热的新生宇宙只有一维,随着它的扩张和冷却才获得更多的维度,那么一些物理学的顽疾就神奇地治愈了。

兰茨贝格建议把这种维度减小的宇宙想象成手织的挂毯。这个挂毯描绘了三维世界的场景,人物和景观的透视与现实相同。但是如果向它靠近,会发现它越来越像一块二维的布。而在放大镜下观测才显露出它的本质其实是一根一维的线,且通过复杂的方式组合在一起。

“你可以把宇宙想象成这种很长很长的线,它在宇宙膨胀的过程中交叠。”

“这推动了宇宙学的变革,改变了我们对早期宇宙的看法。洛杉矶罗耀拉大学物理学家乔纳斯•穆雷卡——论文的第一作者说,“它成为了典范。”

在新论文中,斯托伊科维奇和穆雷卡提出了检测宇宙年轻、能量更高时是否维度更低的方法。在我们的三维宇宙里,运动着的大型天体发出引力波。美国国家航空航天局(NASA)计划筹建LISA太空望远镜(激光干涉仪空间天线)来搜索宇宙中的引力波,并使用它们来研究暗物质物理学。但是数学证明,在二维或维度更低的空间内,引力波是无法存在的。“如果拥有少于三维的空间,就没法绕过引力波不存在的事实。”穆雷卡说,“它们确实不存在。”这意味着宇宙变成三维前引力波是不应存在的。但在宇宙特定时期和特定能量下也会有一些引力波,但那些频率之上LISA应当毫无所获。斯托伊科维奇和穆雷卡表示这个截止频率大约是0.0001Hz,正好在LISA望远镜的设计感应范围内。

也许还有其他检测维度消失的方法。如果大型强子对撞机中粒子碰撞的产物局限在一个平面中,而不是朝各个方向喷射,那这可能就是高能粒子固定在二维世界中的证据。一些研究声明已经在上层大气的宇宙射线碰撞中观测到了这种现象。“这是个绝妙的方法。” 穆雷卡说,“如果基本模型是正确的,维度消失实际存在,那么就会有确实的迹象。”

这篇新论文在同行评议的期刊上发表意味着维度消失假设获得了认可和推动,兰茨贝格说,“令我最惊讶的是他们描述了具体的实验结论。这篇文章表明社会终于开始赞赏这种新的思维方式了。”

原文看这里

科技名博微博

博主介绍: Lisa Grossman 2009年毕业于加州大学Santa Cruz分校,科技交流专业。毕业后,她一直从事科技写作工作,从硕士期间便在Science News等地方做编辑,现在在Wired上开博。她的博客内容涉及面相当广,涵盖各个学科。

The End

发布于2011-03-25, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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摇滚驴

电气工程及自动化博士

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