在我們所知的三維空間之外,會不會還有更高維度的空間呢?對此,有科學(xué)家提出理論稱,高維空間可能真的存在,因為它可以完美解釋兩大宇宙未解之謎。下面我們就來看看這具體是怎么回事。
宇宙中存在著四種基本力,分別是強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力、電磁力和引力,而在它們之中,引力可以說是弱得離譜,其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他的三種基本力。
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舉個例子,假如你把一枚鐵質(zhì)的回形針放在地面上,然后再用一塊磁鐵從上方逐漸接近它,那么你就會發(fā)現(xiàn),當(dāng)回形針和磁鐵的距離達(dá)到一定程度時,它就會直接被磁鐵吸上去,而這也就意味著,整個地球的引力,都比不過這一塊小小的磁鐵產(chǎn)生的電磁力。
所以第一個謎團(tuán)就是,引力為什么會如此之弱?那第二個謎團(tuán)是什么呢?答案就是暗物質(zhì)。
已知的觀測數(shù)據(jù)表明,宇宙中似乎大量存在著一種無法被直接觀測到的神秘物質(zhì),它們不發(fā)光、也不吸收和反射光,卻可以產(chǎn)生強(qiáng)大的引力。
這種神秘的物質(zhì)就被稱為暗物質(zhì),根據(jù)已知觀測數(shù)據(jù)的估算,宇宙中暗物質(zhì)的質(zhì)量,大概是我們可以直接觀測的普通物質(zhì)的5倍多,但它們到底是什么,至今仍然是一個巨大的謎團(tuán)。
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好的,現(xiàn)在我們再來看看科學(xué)家提出的理論——“膜宇宙學(xué)”(Brane cosmology),簡單來講,該理論認(rèn)為,我們所知的空間如同一張三維的“宇宙膜”,它“嵌”在一個更高維度的空間之中,在此假設(shè)成立的基礎(chǔ)上,引力就會向高維空間“泄漏”,如此一來,在我們看來,引力就會弱得離譜。
但問題是,如果真是這樣的話,那其他的三種基本力為什么不會“泄漏”呢?其實這是可以解釋的。
在粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中,強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力和電磁力,都是由特定的基本粒子傳遞的(強(qiáng)相互作用力由膠子傳遞,弱相互作用力通過W和Z玻色子傳遞,電磁力則由光子傳遞)。
而根據(jù)弦理論,基本粒子是一段段振動的“弦”,這些傳遞非引力相互作用的基本粒子對應(yīng)的是“開弦”,它們的兩個端點必須附著在三維的空間里,所以如果我們所知的空間是一張三維的“宇宙膜”,那么這些“開弦”的兩端就會被牢牢地“釘”在這個“宇宙膜”,無法進(jìn)入額外的維度。
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科學(xué)家推測,引力也應(yīng)該由某種特定的基本粒子傳遞,并將其稱為“引力子”,而根據(jù)弦理論,“引力子”對應(yīng)的是“閉弦”,由于“閉弦”是閉合的,它們不依賴特定的時空結(jié)構(gòu)存在,因此“引力子”就不會受到維度的限制。
另一方面,如果你不認(rèn)同“引力子”,那我們還可以通過廣義相對論進(jìn)行更簡單的解釋,即:根據(jù)該理論,引力的本質(zhì)是時空的彎曲,當(dāng)然不會受到維度的限制。
也就是說,無論從哪方面來講,引力都可以向高維空間“泄漏”,所以我們可以合理地認(rèn)為,引力之所以弱得離譜,并不是因為它本身弱,而是因為它大部分都被“泄漏”到高維空間里去了。
有了這個前提,暗物質(zhì)之謎也就可以解釋了,簡單來講就是,在高維空間中還存在著其它的“宇宙膜”,它們的物質(zhì)所產(chǎn)生的引力也會“泄漏”到高維空間里,其中的一部分可以作用到我們的“宇宙膜”,進(jìn)而在我們這里產(chǎn)生了明顯的引力效應(yīng)。
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而由于其它“宇宙膜”的非引力相互作用不會向高維空間“泄漏”,我們也就無法直接觀測到它們的存在。
可以看到,如果高維空間真的存在,就可以完美解釋前文所述的兩大宇宙未解之謎,當(dāng)然了,就目前的情況來看,這也只能說是一種未經(jīng)證實的假說,實際情況是否真是這樣,還有待進(jìn)一步的探索。
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