宇宙處在額外維度且擴張的「氣泡」結構上(組圖)

2019-01-05 11:36 作者:林澄 編譯 桌面版 简体 0
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科學家提出新宇宙模型理論試圖解出宇宙之謎。(圖片來源:Adobe Stock)

在過去20年,天文學家找到許多宇宙正在加速膨脹中的證據,在物理力學無法解釋的情況下,有理論認為造成的原因是宇宙中無所不在的暗能量(dark energy)所導致。宇宙的真實樣貌一直是科學家探究的目標,近日有研究人員發展一套新的解釋宇宙結構與暗能量之謎的模型,研究推測宇宙處在擴張的「氣泡」結構上。

據《物理評論快報》(Physical Review Letters)最新一期刊登論文研究表示,瑞典烏普薩拉大學(Uppsala University)研究學者Souvik Banerjee等人發展出一套可以解釋暗能量之謎的新型宇宙模型。該篇論文中,科學家提出一個新的宇宙結構概念,包含暗能量在內,宇宙其實是座落在一個擁有額外維度(dimension)且正在擴張中的氣泡結構上。

在1998年,高紅移超新星搜索隊觀測組發表了Ia型超新星的觀測數據,研究顯示宇宙正在加速膨脹。翌年,1999年,超新星宇宙學計畫便證實了該結果。在過去20年裡,天文學家已經找到許多證據證明宇宙正在加速膨脹中。加速膨脹的原因,在物理力學無法解釋的情況下,有理論認為是宇宙中無所不在的暗能量所造成。所以瞭解暗能量的性質,現在已經變成基礎物理最難解的謎題之一。

科學家原本寄望以弦理論(string theory)來解答宇宙真實樣貌的難題。根據弦理論,所有物質都是由微小且如一段段「能量弦線」的振動物體所組成,而且以不同的振動模式對應到自然界的各種基本粒子。因此,理論中所需的時空維度超過大家熟知的3D空間。過去15年來,有許多以弦理論為基礎的理論模型都與暗能量產生有關。然而,這些理論雖然成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題,但在嚴格地檢視下,目前尚無法做出可以實驗驗證的準確預測,有些研究學者甚至揚言這些理論沒一個是可行的。

包含暗能量在內,宇宙其實是座落在一個擁有額外維度且正在擴張中的氣泡結構上。(圖為研究期刊中的模型圖之一,圖片來源:Emergent de Sitter Cosmology from Decaying Anti–de Sitter Space

Banerjee等研究者提出的新模型,認為暗能量和宇宙都是位在多了一個維度的擴張中的氣泡結構上,整個宇宙則是處在這個膨脹氣泡的邊緣。宇宙中所有現存物質都對應於弦的兩端,弦的兩端延伸到額外的維度。這些研究學者同時展現出:這樣擴張中的氣泡,確實是容許在弦理論的框架內產生存在的。可以想像的是,這樣的氣泡不只一個,也有比我們更大的氣泡,每個氣泡就對應一個宇宙,即是所謂的多重宇宙理論。

不論科學家的新理論模型是否正確,不過他們為宇宙的創造和未來命運,提供了一幅全新、不同的樣貌與思考方向,開拓人們對宇宙的思維,同時也為檢驗弦理論指引了一個新方法。

資料來源:

1.Uppsala University

2.Emergent de Sitter Cosmology from Decaying Anti–de Sitter Space,Souvik Banerjee,Ulf Danielsson,Giuseppe Dibitetto,Suvendu Giri,and Marjorie Schillo,Physical Review Letters.121,261301–Published 27 December 2018,DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.261301

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