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物理学家证多宇宙存在 微波背景辐射碰撞后现身

http://www.kexue.com 2011-10-10 09:32:22 腾讯科学  发表评论


普朗克巡天微波背景数据或将证明多重宇宙存在的可能性

  据国外媒体报道,如果另一个“存在”的宇宙与我们的宇宙发生碰撞将发生什么情况呢?加拿大和美国的物理学家们认为他们找到了答案:在“弥散”于宇宙空间的微波背景中将留下一个独特且特征显著的“印记”。物理学家称,使用现有以及将来的空间望远镜可以对其进行预测,然而,这违背了目前广泛认同的事实,即多重宇宙的存在性是不可预测的。对多重宇宙模型的预测论文已于上个月上传至arXiv数据库中。

  位于美国马里兰州的约翰斯霍普金斯大学天体物理学家查本内特(Chuck Bennett)认为:“在使用空间望远镜对宇宙微波背景进行探测的基础上预测多重宇宙存在的可行性,将有助于把这个理论引入到当前宇宙学传统领域中,其最后的目的便是对相关理论的证伪。科学就是通过各种实验以及对事物属性的观察达到否定之否定的结果,对各种“伪造的想法”进行证伪。事实上,只有这个过程的存在,我们才能称之为科学。而查本内特并没有参与对多重宇宙存在性探测的研究。

  多重宇宙存在的可能性来自于弦理论与暴涨理论,后者认为我们的宇宙在大爆炸之后经历了一个迅速扩张的过程。该过程有别于目前的加速膨胀,暴涨期旨在描述了宇宙在极短的时间内以可怕的数量级进行膨胀的现象。暴涨理论很好的解释了为什么现在的宇宙在大尺度结构上显得相当的“光滑”,即均匀性和规则性,但是研究人员无法解释该机制是如何开始以及何以终止。正是这些问题的出现,导致了物理学家开始考虑在我们的宇宙之外,暴涨是否也能在任何地点和时间上出现,并产生新的宇宙。

  当前,多重宇宙的想法是极具争议性的,不仅涉及宇宙学理论的自洽,也带来了哲学上的问题。其中一个问题便是形而上学争论:宇宙似乎已经非常大了,这种趋势的后果便是没有任何东西能与之抗衡,这个极端在哲学上是非常孤立的。然而,也许更大的问题体现在科学上。如果我们对宇宙的观测是有限的,那科学家是否能探测到更大更多的多重宇宙?这个问题的答案并不是绝对的,科学家认为我们可以通过另外一个宇宙对我们宇宙产生的影响间接地证明其存在性,这种影响就体现的相互碰撞上。但是,如何发现碰撞所留下的痕迹,不是一件容易的事情。

  现在,位于温哥华的不列颠哥伦比亚大学研究人员克里斯西格森(Kris Sigurdson)和其他参与研究的人员认为:他们找到了宇宙间相互碰撞留下的痕迹。在宇宙大爆炸之后的暴涨期出现前,多重宇宙之间发生的碰撞将会被暴涨所抹平。但是,即使多重宇宙发生碰撞距今已有至少130亿年,其仍然会在今天的宇宙微波背景中留下痕迹,而宇宙微波背景被认为是形成于宇宙诞生之后的38万年。

  对多重宇宙存在性的预测重点是研究宇宙微波背景辐射中的偏振现象。光子存在着两个横向的偏振态,这是由于光子与自由电子散射所造成,其来源于宇宙微波背景辐射中的任何一个区域,且大多数存在相同的偏振态,或者是两者相互混合态。克里斯西格森与他的同事通过计算发现,如果计算模型中设定的宇宙间碰撞痕迹足够强,那么在宇宙微波背景辐射中留下的印记就会出现两个峰值的特征,即在两个相互靠近的轨迹环,光子将会趋于单一的偏振态。

  而这个预测并没有严格从多重宇宙论角度推导。在2007年,美国加州大学圣克鲁斯分校的研究人员也建议:多重宇宙碰撞的痕迹就留在宇宙微波背景辐射中。接着,在今年早些时候,英国伦敦大学的研究人员希拉尼亚佩里斯(Hiranya Peiris)所领导的研究小组发现,这一预测的方向是正确的。但是,克里斯西格森认为对多重宇宙碰撞痕迹的预测显得有点空泛和茫然:反正这些痕迹就存在于宇宙微波背景辐射中。

  于此,从暴涨理论角度出发,我们推导了多重宇宙存在的痕迹可残留在宇宙微波背景辐射中,那另外一个理论,即弦理论是否能提供证据呢?克里斯西格森和他的同事认为一个泡沫宇宙的碰撞可确认多重宇宙的存在性,这为弦理论在宇宙学中的前景提供了令人信服的证据,并由此可勾勒出我们的宇宙以及其起源的蓝图。

  如果预测是正确的,在欧洲空间局普朗克空间天文台以及未来的宇宙微波背景辐射探测的任务中将得到数据证明。然而,美国宇航局威尔金森微波各向异性探测器的首席研究员耶特贝内特(Yet Bennett)认为:使用空间天文台等手段对宇宙微波背景辐射残余痕迹进行探测,以证明多重宇宙的存在性是极不可能的。其中的原因是:多重宇宙碰撞留下的痕迹必须是恰到好处,如果太弱了,我们不可能探测到,如果太强了,就说明另一个宇宙对我们的宇宙产生较大影响,这个影响足以对宇宙结构造成严重后果。

  然而,多重宇宙碰撞的痕迹将有多少的量化程度呢,耶特贝内特称,碰撞残留的痕迹可能不局限于一至两个,或者说这些痕迹也可能是无限数量。事实上,如果泡沫宇宙的碰撞是普遍是,那我们可能不会活着讨论这个问题。

  英国爱丁堡大学的宇宙学家阿琼贝雷拉(Arjun Berera)也认为多重宇宙存在的可能性痕迹存在于宇宙微波背景辐射中,但是,这仅仅是推测。对宇宙微波背景的探测不仅能反应其中所隐藏的信息,同时也将对弦理论产生启发性的影响。同时,在宇宙微波背景辐射数据中还没有证据显示两个宇宙之间发生了碰撞,但并不排除在弦理论框架下会有所体现,该理论在一定程度上拓展了对该领域研究的范围,但前提是,弦理论不能被证明是不正确的。(Everett/编译)

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