为什么世界上有宇宙?

一项7月23日发表在《宇宙学与天体粒子物理期刊》上的新研究称,宇宙在大尺度上也许无法超越三维形式。该研究发现,宇宙在大范围内的维度很可能与我们在地球上体验到的完全相同。该研究结果还可帮助科学家更好地认识暗物质(即加速宇宙膨胀的神秘现象)的本质。

2017年10月,科学家借LIGO(激光干涉引力波天文台)探测到了由两颗中子星相撞产生的引力波。与此同时,天文学家用传统望远镜也观察到了这起名为GW170817的天文事件。这样一来,科学家便得以同时通过引力波和光波研究此次事件。这次双重测量还帮助科学家对宇宙的其它方面有了进一步了解,宇宙可能拥有的维度数量便是其中之一。这些新研究结果还为爱因斯坦的广义相对论提供了额外证据。

“广义相对论提出,引力应当在三个维度内发生作用,而结果显示,这正是我们观察到的情况。”该研究的主要作者、普林斯顿大学博士生克里斯·帕尔多表示。

虽然到目前为止,广义相对论对宇宙的描述还算精确,但有一点却无法很好地解释:为什么宇宙正在加速扩张。科学家给加速原因起了个名字,叫做“暗能量”,但无人知道暗能量究竟为何物。有些理论为解释宇宙加速扩张现象,对引力理论做了修改,认为引力在大尺度上的作用方式会有所不同。有不少这样的理论预测,宇宙中也许还存在其它维度,并且可以借引力波进行探测。

“从本质上来说,一切试图修改引力理论的努力都是由暗能量之谜推动的。我们想知道,能否通过修改引力理论来解释宇宙加速膨胀的原因。”牛津大学宇宙学家泰莎·贝克表示。

很多此类理论称,若真的存在三维之外的维度,引力波就会“渗漏”到这些维度中,导致引力波在穿梭宇宙的过程中不断减弱。参与近期研究的科学家测量了GW170817发出的引力波与光波的行进距离,但并未发现上述减弱迹象。

受GW170817事件的启发,许多研究通过计算引力波的传播速度,得出了传播时延,并据此排除了部分修改后的引力理论。而贝克表示,此次新发表的研究还将否定其它一系列理论。

此次新研究结果只是排除了额外维度大规模存在的可能性,并未否定弦理论预言的“宇宙中存在10个以上的维度”(弦理论认为,万物的基本组成单位都是微小的、不断振动的弦)。不过该研究的确显示,从1英里(约合1.6公里)到8000万光年的尺度上,宇宙都是以三维形式存在的。该研究还否定了更大规模维度的可能性,但前提是,这些维度能够在小于8000万光年的尺度上、对物理现象造成可观察到的影响。

研究人员还利用这些数据计算了“引力子”的寿命。引力子是一种理论粒子,若它真的存在的话,便是传递引力的介质。结果发现,引力子的寿命至少为4.5亿年。换句话说,引力子并不会随着时间的推移、衰变成质量更轻的粒子。但有些修改后的引力理论预言引力子会经历这种衰变,因此在未来的引力波事件中,科学家可以再次计算引力子的寿命,借此对这些理论开展进一步测试。

贝克指出,GW170817事件“从宇宙学的角度来看,基本就是在我们自家门口发生的”。但物理学家还想观测在宇宙更远处发生的此类事件(这些事件发生的时间也更久远),因为这才能证明引力、或暗能量是否会随着时间发生变化。

就目前来看,宇宙似乎只有我们习惯的三个维度。但科幻小说作者和时间旅行迷们大可不必绝望,宇宙中也许还存在其它维度,只不过很小、很紧凑而已。

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①我在合肥市天鹅湖边买套房子后,便把父亲接了来,想让他享享清福。刚进城的农民,走在马路上腿都直抖,以前哪见过如此车流如织的场面?碰到银行、超市、甚至厕所也不敢进,生怕踩烂了那能照出人影儿的地板。父亲在农村生活了大半辈子,连县城都没去过,根本就不知道城市长啥模样儿,我怕他在城市走弯路或者摔跤,来合肥的第一天,便毫无保留地给他讲述我在城市生活了十几年的宝贵经验

父亲到家后,不停地和我及家人讲着话,没等他和我们亲够,我便急不可耐地当起了老师。我把门打开,又砰地一声关上,转身以权威性的口气对坐在沙发上的父亲说,在家中时,防盗门一定要关紧,并且检查锁好没有。有人按门铃,先从门上的猫眼里看看是谁,不认识的千万别开门。一些自称前来检查水表或者推销化妆品的人,可能眉眼及脸的线条都很柔和,还可能带着蒙娜丽莎的微笑,一副很容易让人信任的样子,但他很可能就是极其危险的盗贼。这里可比不上农村,敞着大门,出去转悠大半天都没事。

③父亲用他那双浑浊的双眼疑惑地看着我,没有说话。我把他从沙发上轻轻搀扶起来,打开房门,指着对面邻居家关得严严实实的防盗门,又接着说,在农村老家,能端着冒烟的饭碗满村串门,可在城市就不一样啦。家家户户都怕打扰,“鸡犬之声相闻,老死不相往来”太正常不过啦。没什么大事儿急事儿别敲邻居家的门,别骚扰人家。

④在我说完上面的话时,父亲愣愣地看着我,一言不发。讲完了家中的注意事项后,我领着父亲下得楼来。在小区内边转悠边指着来来往往的行人,重重地说,你看,他们都各走各自的路,见了面很少有人打招呼,有例外的,也是非常熟悉的亲朋。所以啊,你在这儿也没什么认识的人,就不要问别人“吃过了吗”、“到哪儿去啊”等等。否则,别人会很警惕,甚至会怀疑你居心不良。

⑤出了小区来到马路上,父亲已经皱起了眉头,可我依然热情不减,反复地强调说,马路上什么人都有,最好不要和陌生人说话,特别是不要喝陌生人的水。一旦你喝了他们给的水,瞬间就可能会晕倒,等你醒过来的时候,身上值钱的东西便会被洗劫一空。我正讲着的时候,一位打扮妖艳,穿着很暴露的长发女人如风般从身边飘过,我用胳膊肘轻轻碰了碰父亲的肩膀,朝刚刚走过的那位女人怒嘴说,要注意那些穿着很暴露的女人,离他们越远越好,她们可能就是失足女,随便搭讪几句,可能就会陷入她们设计的陷阱,就会被敲诈……

⑥我从家里讲到大街上,又从大街上讲到家里,为了让父亲尽快学会城里人的生活,我有着足够的耐心。在后来的日子里,有时候我在单位上班,也没忘记打电话给父亲,强调着我的宝贵经验。

⑦过了二三个月,我惊讶地发现,父亲竟然和对门的邻居混熟了,也不知道他们是怎么相识的。父亲还和在农村一样,端着饭碗大模大样地坐到对门邻居家的餐桌边,还毫不顾忌地用自己的筷子夹人家烧得可口的麻辣豆腐。对门的邻居也变了,不再白天黑夜地关着门,时不时还把从老家捎来的香喷喷的核桃、甜滋滋的石榴送给我家吃。对门邻居家的小女孩,还经常到我们家,找我儿子一起画画,玩橡皮泥。更让我不曾想到的是,小区内的很多人见了我父亲,都和他亲切地打着招呼,而且,父亲还有几个特别好的朋友,见了面能聊上半天,他们还时常邀请父亲喝酒,打牌,爬大蜀山。父亲的朋友当中,竟然还有一个穿着暴露的女人,通过父亲我才了解到,她是裁缝店的老板,去年向灾区捐了10万块钱呢

⑧这天晚上,我终于忍不住了,在给父亲倒了满满一酒窝白酒后,赧然一笑,说,老爸,你和这些城里人都是怎么成为朋友的呢?

⑨父亲端起酒窝,一仰脖子喝干了,然后清了清嗓子,说,孩子,农村人和城里人都是人,没有多大的区别——你也不想想,从豆大的防盗门猫眼里,能看到门外的多少世界呢?你老把自己的门关得紧紧的,别人家的门又怎么愿意打开呢?

(选自《短篇小说》2014 年第19期)

【注释】①赧然:形容难为情的样子,羞愧的样子。

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