高維度宇宙長什么樣？科學(xué)家：引力波或揭示奧秘！

隱藏的維度可能通過影響引力波來在現(xiàn)實中產(chǎn)生影響—而探測額外維度的這種蹤跡可以幫助解決宇宙中某些最大的未解之謎。

物理學(xué)家從很久以前就開始疑惑為什么引力與其他基本力相比如此微弱。這也許是因為一部分引力發(fā)散到了比我們平時接觸的三個空間維度更高的維度。

某些試圖解釋引力和量子效應(yīng)怎樣結(jié)合在一起的理論，例如弦理論，需要引入額外的維度，這些維度中常常有引力傳播。因此，找到這些額外維度存在的證據(jù)可以幫助描述引力，或者提供一條統(tǒng)一引力和量子力學(xué)的途徑—它還可以為解釋為什么宇宙膨脹在加速提供線索。

但是，探測額外維度是個艱巨的挑戰(zhàn)。任何可能存在的額外維度必須非常小，從而避免影響我們的日常生活。許多人對它們會在大型強子對撞機(LHC)中出現(xiàn)抱很大希望，但它還并未發(fā)現(xiàn)任何超出我們的四維時空的物理的跡象。

不過，在過去兩年，一個新的希望出現(xiàn)了。引力波，由質(zhì)量巨大的物體的運動引起的時空波紋，在2015年第一次被觀測到。因為引力很可能存在于所有維度中，它的波動提供了一條極有希望探測到額外維度的途徑。

“如果宇宙中存在額外維度，那么引力波可以穿越任何維度，甚至是那些額外的維度。”來自位于德國 Potsdam 市 Max Planck 引力物理學(xué)會的 Gustavo Lucena GÓmez 說。

GÓmez 與他的同事 David Andriot 計算了可能存在的額外維度會如何影響我們能觀測到的引力波。他們發(fā)現(xiàn)了兩種特殊的效應(yīng)：高頻段額外的波，和對引力波拉伸空間方式的修正。

他們的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)引力波在一塊很小的高維時空中傳播時，它會生成一個由頻率服從正態(tài)分布的額外高頻引力波構(gòu)成的“波塔”。

但是，現(xiàn)有的觀測設(shè)備不足以探測到如此高頻的引力波，并且大多數(shù)計劃建造的觀測所都把重點放在低頻波上。所以雖然這些額外的波可能到處都是，可是它們很難被發(fā)現(xiàn)。

額外維度的第二種效應(yīng)或許更容易被探測到，因為它對我們觀測的“正常”引力波進(jìn)行修正，而非引入額外的波。

“如果宇宙中存在額外維度的話，引力波會以標(biāo)準(zhǔn)狀況下無法做到的方式拉伸或擠壓時空。” GÓmez說。

當(dāng)引力波在宇宙中傳播時，它會以一種特定的方式拉伸和擠壓空間。這就像扯橡皮筋一樣：皮筋形成的橢圓在一個方向變長，在另一方向變短，然后恢復(fù)原狀。

但是，額外的維度帶來了引力波扭曲時空的一種新的方式，它叫做”呼吸模式“?？臻g在引力波經(jīng)過時除了被拉伸和擠壓外，還會像呼吸時的肺一樣膨脹和收縮。

“利用更多的探測器，我們將能看到這種呼吸模式是否存在。” GÓmez說。

“額外的維度已經(jīng)從不同角度被討論了很長時間，”來自法國綜合理工學(xué)院的 Emilian Dudas 說道，“引力波可能為探索額外維度帶來新轉(zhuǎn)折。”

但是，這里有一個權(quán)衡：探測到一個高頻引力波的波塔會不容置疑地指向額外維度的存在，然而呼吸模式還可以被其他許多非標(biāo)準(zhǔn)的引力理論解釋。