您的位置:首頁 > 國內新聞

宇宙的最終命運,是進入5維時空?

時間:2019-08-16
?

7b45-iatixpm2689627.jpg繪圖:Karan Singh

全球科學

根據現有的宇宙學模型,宇宙將永遠存在或將被支離破碎。但是一些科學家暗示了一個更奇怪的宇宙命運。本文講述了物理學家探索宇宙結局的故事。

由于宇宙的不斷膨脹,一旦相鄰的星系團將以高速分離,所以即使光線也不能填滿這個空隙。星星將燃燒,宇宙將陷入無盡的黑暗.這個“大凍結”理論描述了當今最流行的宇宙結局模型。

大凍結理論是宇宙學標準模型的直接結果。該理論認為,宇宙加速膨脹的驅動力暗能量將保持不變。這種加速背后的神秘驅動力被稱為暗能量,并且總是具有恒定的力。

大凍結并不是宇宙結束的唯一猜測。 Big Crunch理論認為暗能量不會永遠持續,但可能會隨著時間的推移而減少。宇宙將最終崩潰并壓縮成一個奇點,就像大爆炸之前一樣。 Big Rip理論認為暗能量的力量將來會增加,導致擴張速度繼續增加,直到達到光速。最終,包括恒星和星系在內的所有物體都將被撕成基本粒子。

大凍結,大擠壓或大撕裂?或者都不是?對宇宙未來的第四次預測更令人震驚。它意味著一種更奇怪的情況:宇宙可能不會完全結束,而是演變成我們目前無法描述的狀態。

暗能量是現代宇宙學中最重要的發現。在20世紀90年代后期,天文學家發現宇宙的膨脹并沒有隨著宇宙年齡的增加而減緩,而是在加速。是什么力量推動宇宙加速擴張?人們本能地相信時間和空間本身的真空可以得到促進。真空中的顆粒將在瞬間產生并消失,瞬間消失的顆??僧a生能量以推動空間。

bea4-iatixpm2689689.jpg不同的暗能量模型會產生不同的結果。 NASA/CXC/M.WEISS)

真空能量是存在于太空中的背景能量,即使在沒有物質的空間中也是如此。但是當使用量子物理原理計算真空能量時,其值變得非常大。英國愛丁堡大學的觀察性宇宙學家凱瑟琳海曼斯說:“真空能量將使宇宙在出生后迅速膨脹,即使是第一批恒星和星系也不會形成?!睘榱吮苊膺@個問題,物理學家設想了一個量子過程來抵消真空。海曼斯說:“在理論物理學中,將某些東西歸零是相對容易的?!?/p>

但是暗能量或真空能量水平不是零。大多數觀測表明,宇宙中特定時空體積的真空能量,即暗能量密度,隨時間變化是恒定的。這個數字稱為宇宙常數,用于表示暗能量的強度。但是,要解釋接近于零而是積極的值非常困難。

因此,另一種試圖描述宇宙本質的理論誕生了。

棘手的問題

在20世紀90年代,弦理論已成為“普遍理論”的主要候選者。弦理論的基本思想是,自然的基本單位不是點狀粒子,而是在9 + 1維時空中振動的非常微妙的線性“和弦”。為了符合我們可以觀察到的4維空間和時間,必須“壓縮”額外的空間維度,使其無法被檢測到。每種緊湊的方法都會導致不同的宇宙。弦理論的最大挑戰是找到描述我們特定時間和空間的唯一解決方案。

這項工作遇到了問題。 De Sitter時空認為我們生活在宇宙常數略大于零的宇宙中,因此如何以最簡單的方式壓縮額外的維度是一個弦理論家需要努力解決問題。

2003年,Shamit Kachru,Renata Kallosh,Andrei Linde和Sandip Trivedi(KKLT)提出了一種使用弦理論構建時空的復雜方法。他們的工作被譽為理論上的勝利,但卻付出了巨大的代價。

弦理論適用于高能量環境,例如大爆炸之后。因此,為了使理論能夠描述當今較低的能量時空,弦理論必須找到自己的有效場論。使用KKLT結構獲得的確切時間和空間取決于額外尺寸的壓縮方式。在2005年,弦理論家證明,這可以通過至少10,500種方法實現,每種方法都為我們提供了可行的Desit時間和空間。結果是一個巨大的潛在宇宙景觀,一個多元宇宙,所有可以想象的時間和空間都可以存在。在這個理論空間中,真空能量的價值形成了一個復雜的“地形圖”,理論家稱之為弦景觀。盡管KKLT提出了一種建立描述Desit空間和時間的有效場論的方法,但它并沒有為我們的宇宙提供精確的理論。

進入沼澤地

這讓哈佛大學的弦樂理論家Cumrun Vafa感到困惑,他對KKLT建造的模型不滿意。除了沒有產生預期結果外,他還認為KKLT提案在數學上太復雜,無法驗證。

是否所有可能的有效場論都可以從弦理論中推導出來,或者弦理論能否排除某些有效的場論,從而消除某些類型的宇宙。他意識到并非所有有效的理論都能從弦理論中得出。一旦引入引力,一些看似合理的理論就無法準確描述我們的宇宙。這是一個常見的錯誤。 Vafa將它命名為沼澤,表明它充滿了難以想象的想法。

在過去的二十年中,弦理論家無法構建任何簡單的Desit時間和空間模型。在他的Desit猜想中,所有有效的場理論都屬于沼澤。 Desit宇宙不能成為弦理論方程的解。

對于林德來說,Desit宇宙只是一個未經證實的解釋。他一直支持KKLT結構,即具有宇宙常數的宇宙可以用弦理論來描述。 “這是一個復雜的故事,”他說。 “一個人不應該根據未經證實的論點放棄以前的結果?!?/p>

Desaf的猜想“可能是也可能不對,”Vafa說。 “當我們進一步研究它時,我們會發現,如果它被證明是正確的,它將對宇宙學的標準模型產生重大影響?!备鶕afa等人的說法,最重要的一點是暗能量密度是不是近似常數,而是隨時間緩慢下降。

如果這個結論確立,它將對宇宙的命運產生深遠的影響。在接下來的數百億年中,暗能量可能趨于零甚至變為負值。然后,也許宇宙最終將會出現大幅收縮,而不是永遠。

這種改變暗能量的形式被稱為精華。本質是一種假設的暗能量形式,用于解釋對宇宙加速膨脹的觀察。在宇宙常數進入主流之前,這種觀點非常受歡迎。

林德是最早研究質量的科學家之一,但他并不相信。 “質量是可能的,但它帶來的問題多于它能解決的問題,”他說。在過去幾年中,有跡象表明暗能量密度的變化實際上可以解決令人驚訝的宇宙沖突。

這種矛盾產生于兩種不同的測量宇宙膨脹率的方法,即哈勃常數。一種方法是通過研究附近星系中的恒星和超新星來直接測量它。另一種方法是研究宇宙微波背景,即大爆炸后38萬年發出的第一盞光,然后從這些數據推斷出今天的宇宙。兩種方法得到的結果有顯著差異。

大變形是宇宙的一個新階段

這種差異可能是由于實驗誤差造成的,但它也可以通過暗能量隨時間的變化來解決,這被認為是一種質量。

你可能會認為遵循Vafa理論的弦理論家會對新聞感到滿意。但他們沒有。 Wrase說:“哈勃常數與Desit沼澤猜想相反?!?Desit推測暗能量密度會隨著時間的推移而降低;只有當暗能量密度增加時,才能解決哈勃常數問題。

至于宇宙的命運,增加的暗能量密度表明,大的眼淚,而不是大的擠壓,正在獲得動力。約翰斯霍普金斯大學的亞當里斯說:“這是一個糟糕的版本?!弊詈?,每一個時空都有無盡的暗能量,它的排斥力會撕裂一切:星系,行星,分子,原子,最后,本身就有時間和空間。 “抵抗黑暗能量將是徒勞的,”里斯說。

因此,我們似乎已經回到了起點。暗能量正在減少,保持不變或隨著時間的推移而增加,各種觀點相互矛盾,宇宙的命運受到威脅。這就是Vafa認為有一種方法可以協調沼澤猜想和哈勃常數之間的差異。

除了暗能量之外,宇宙中另一個看不見的成分是暗物質。據信暗物質的引力將星系和星系團聚集在一起。 Vafa說,如果暗能量減弱,它將對暗物質產生影響。 “弦理論告訴你應該存在相互作用?!盫afa發現這種相互作用導致暗物質粒子的質量隨著時間的推移而減少。這會改變哈勃常數的外推值,并可以減少誤差。

這是否意味著宇宙正在走向大的凍結,而不是大的擠壓或大的撕裂?不完全的。仔細觀察就會發現,Vafa的想法會使其他場景看起來不起眼。這意味著數百億年后宇宙將完全改變。在弦理論中,這通常意味著打開一個新的維度。 “所以這是一個全新的宇宙,不能用我們當前宇宙的語言來描述。我們現在生活在三個維度。在這個新理論中,它可能包含四個空間維度?!?/p>

任何新的空間維度都是字符串理論的一個額外維度的結果,它跳出了壓縮。這種巨大扭曲造成的宇宙將與我們完全不同。 “一個新階段已經開始,”Vafa說。因此,雖然宇宙仍然存在,但它將具有什么樣的性質以及它的后續軌跡將是不清楚的。

現在,通過后續實驗,弦理論家可能很快就會做出一些預測,即使它們只是簡單的預測。例如,如果一個弦理論家可以證明Desit猜想,那么就會導致預測傳統宇宙學所支持的時間和空間的類型不可能存在。但如果實驗找到無可爭議的證據來支持我們宇宙的宇宙常數和Desit真空,“我們可以說弦理論是錯誤的?!?

無論發生什么,宇宙的未來似乎并不乏味。

f227-hxyuaph8301885.png

  • 友情鏈接:
  • 萬家新聞網 版權所有? www.salemonice.com 技術支持:萬家新聞網| 網站地圖

    吉林长春| 株洲| 晋江| 东方| 宁波| 阳江| 揭阳| 永州| 雅安| 瑞安| 晋江| 鹤壁| 山南| 铜陵| 雅安| 临沂| 昆山| 朔州| 呼伦贝尔| 改则| 石狮| 宁国| 台北| 甘孜| 和田| 海东| 芜湖| 海北| 项城| 天长| 塔城| 琼海| 阿克苏| 厦门| 改则| 乐清| 屯昌| 海宁| 宜都| 乐平| 海南| 白山| 五家渠| 邢台| 石河子| 庄河| 惠东| 神农架| 孝感| 自贡| 宿迁| 阳泉| 忻州| 东海| 金坛| 大兴安岭| 滨州| 沭阳| 寿光| 无锡| 辽源| 安庆| 黑河| 迁安市| 淮北| 瓦房店| 台州| 临汾| 台山| 陇南| 荆门| 伊犁| 兴化| 黑河| 扬中| 张北| 资阳| 高雄| 眉山| 烟台| 嘉善| 大兴安岭| 桓台| 邹平| 宜昌| 晋江| 大理| 深圳| 潜江| 恩施| 广安| 焦作| 海西| 泉州| 玉林| 怒江| 眉山| 库尔勒| 青海西宁| 吕梁| 泗阳| 琼海| 蓬莱| 余姚| 白沙| 正定| 垦利| 德阳| 渭南| 宁德| 平潭| 那曲| 安吉| 兴化| 博罗| 绵阳| 江门| 池州| 鹤壁| 随州| 永康| 巴中| 湛江| 台南| 澳门澳门| 清徐| 如东| 邢台| 佳木斯| 宿州| 连云港| 垦利| 济宁| 铁岭| 陵水| 嘉善| 济南| 晋城| 庆阳| 霍邱| 象山| 遵义| 香港香港| 晋中| 绥化| 晋城| 五指山| 株洲| 和田| 龙口| 和田| 东台| 开封| 呼伦贝尔| 海南| 玉树| 台湾台湾| 博尔塔拉| 邢台| 黔南| 瓦房店| 广饶| 广州| 巢湖| 滕州| 石狮| 伊犁| 深圳| 黄南| 金华| 中卫| 大丰| 大庆| 孝感| 寿光| 澄迈| 宁国| 安吉| 黔东南| 凉山| 渭南| 海西| 绥化| 黔东南| 枣阳| 湛江| 枣庄| 楚雄| 洛阳| 天水| 兴化| 西藏拉萨| 佛山| 杞县| 铁岭| 长葛| 中卫| 大庆| 宁夏银川| 天长| 湘西| 泉州| 任丘| 丽水| 驻马店| 泰兴| 内江| 启东| 兴安盟| 武安| 巴彦淖尔市| 任丘| 桂林| 湖南长沙| 铜川| 温岭| 甘孜| 焦作| 平潭| 乐清| 海门| 青海西宁| 包头| 莒县| 菏泽| 柳州| 荣成| 乳山| 呼伦贝尔| 宜昌| 延安| 五指山| 濮阳| 绥化| 延边| 铜仁| 毕节| 铜陵| 大庆| 阿坝| 宿州| 广元| 常州| 周口| 甘肃兰州| 石狮| 泰兴| 鹰潭| 白山| 大丰| 雄安新区| 伊犁| 普洱| 汉中| 定安| 广元| 上饶| 克拉玛依| 怒江| 辽阳| 甘南| 保定| 寿光| 乐山| 兴安盟| 宜昌| 南平| 宜都| 鞍山| 张北| 运城| 铁岭| 邢台| 诸暨| 白沙| 浙江杭州| 莱芜| 景德镇| 禹州| 无锡| 东方| 昭通| 伊春| 六盘水| 溧阳| 新沂| 海南| 商洛| 陵水| 赣州| 梅州| 武威| 红河| 潍坊| 泰安| 金坛| 自贡| 蓬莱| 德清| 吉安|