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在复杂的高能物理世界中出现了一个令人耳目一

2019-01-14

随着时间的推移,随着生长线的增长,它越来越纵横交错,逐渐形成一种紧密交织的织物,在很远的距离上,它呈现为二维平面。更多的时间过去了,2-D宇宙膨胀和扭曲,最终创造了一个我们今天看到的三维宇宙的网络。

这个被称为“消失的维度”的概念用来描述在最近几个月回顾过去所发生的事情,最近几个月在高能物理界引起了关注。如果正确的话,它有望弥合量子力学之间的差距,即非常小的广义相对论 的物理学和时空物理学。它还可以理解称为希格斯玻色子的假设基本粒子的性质。最重要的是,它会以优雅的简洁性来实现。

“在过去的30年里,[物理学家]试图通过引入更多粒子,更多维度来使我们的理论变得更加复杂,”布法罗大学研究消失维度的物理学家Dejan Stojkovic说。“我们决定采用另一种方式,使理论在高能量领域不那么复杂。在高能量[早期宇宙]中,我们正在改变制定粒子物理标准模型的背景。在1-D中,问题大大简化了。“

根据这个理论,在大爆炸之后的第一万亿分之一秒,直到宇宙冷却 到平均温度100 teraelectronvolts(TeV实际上是能量的衡量,但能量和温度对应)的时刻,这是一条线。

年轻的宇宙会是什么样的?

生活在一条线上

“在一维中,有一种新的统一感,”斯托伊科维奇告诉生活的小谜团。“现在,你看到了多样化的世界,因为你处于三维状态。当你进入一维时,事情变得更加简单。区分所有不同粒子的属性不再存在,所以它们都变得相似没有旋转。你只有前进和后退,能量向两个方向移动。“

“随着时间的推移,一维弦乐宇宙逐渐发展,多次相交以构建一种织物,”转盘必胜技巧他说。第二个维度是建立的,后来是第三个维度,就像可以折叠二维纸张来制作弹出书一样。[ 宇宙有边缘吗?]

但斯托伊科维奇尚未确定导致宇宙随着时间的推移而演化的机制。“我们需要解释是什么导致不同能量的演变发生的。你需要一个精确的模型,从字符串开始,随着时间的推移创造出更高的尺寸,以创造我们今天所看到的时空。” 斯托伊科维奇以其骨架形式将消失的维度称为框架而非理论。“作为一个框架,它很漂亮。但我们需要弄清楚细节,”他说。

进行测试

与弦理论不同,描述宇宙结构的同样美丽的自负,消失的维度框架可以通过实验来验证:本月,斯洛伊科维奇和洛杉矶洛约拉玛丽蒙特大学的物理学家乔纳斯穆列卡已经发表了第一个同行 - 在着名的期刊“物理评论快报”上评论了有关该主题的文章,并在其中列出了一个旨在测试早期宇宙是否真的是一维的实验。

实验涉及重力波微弱振荡,这些振荡被认为是从大质量物体发出并穿越时空。重力波从未被发现,但它们的存在是由粒子物理学的标准模型预测的,物理学家希望在未来十年内使用太空中的卫星网络观察它们。[ 空间有重力吗?]

重力波携带创建它们的物体的能量特征。如果斯托伊科维奇是对的,那么在宇宙变成三维之前就不存在引力波。

“重力波不会在不到三个空间维度上传播,”Stojkovic告诉Life's Little Mysteries。“如果你归结为二维,重力波不存在。它们也不存在于一个维度上。”

“如果我们的建议是正确的,那么当宇宙的能量冷却到1 TeV时,就会发生从二维到三维的交叉,”斯托伊科维奇说。在大爆炸之后,这发生了一万亿分之一秒。“当早期宇宙为1 TeV热时,它从2-D转变为3-D,此时重力波开始仅在交叉之后产生,而不是之前,”他说。没有重力波且相关能量大于1 TeV会给这个理论带来重量。

当未来的卫星测量重力波的频率(和相应的能量)时,斯托伊科维奇希轮盘技巧望他们能看到频率截止。斯托伊科维奇说:“频率上有一个截止频率,你不能测量重力波,这与2-D到3-D的过渡相对应。”轮盘技巧 如果这些工具确定了斯托伊科维奇所预测的截止值,那么消失的尺寸将会得到很大的推动。

一些物理学家反对实验测试的前提; 即,重力波将在一定频率以上切断。“所有频率都有引力辐射,”剑桥大学的高能物理学家Thomas Sotiriou和意大利SISSA研究所的Silke Weinfurtner在一封电子邮件中写道。“这并不是说这种引力辐射不会带有消失的尺寸,”他们解释说,但并不像斯托伊科维奇和穆列卡所说的那样。“正如Stojkovic和Mureika所暗示的那样,在一定频率上不会出现任何辐射。”

Sotiriou和Weinfurtner也反对缺乏解释宇宙演化和维度出现的潜在机制。“斯托伊科维奇等人的[PRL]信非常模糊,”他们写道。“它们指的是在高能量和重力环境下消失的尺寸,但它们几乎没有说明实现这一目标的机制。”

“消失尺寸的想法非常有趣并且可能富有成效,只要一个人明确说明”消失的尺寸“是什么意思。如果没有一个具体的,在数学上定义明确的尺寸将如何消失的模型,人们不能说太多,“Sotirious和Weinfurtner写道。与新西兰维多利亚大学的Matt Visser一起,在发表在物理学arXiv上的一篇文章中,他们对消失的维度发表了看法。

宇宙射线提示

这个概念可能含糊不清,可能有一些证据支持消失的维度。斯托伊科维奇说:“当宇宙射线与大气中的粒子发生碰撞时,会产生其他粒子的淋浴。” “那个淋浴看起来像一个锥形。正如你可以想象的那样,锥形的横截面看起来像一个圆形。” [什么是宇宙射线?]

“嗯,看起来最高能量的宇宙射线碰撞是平面的,这意味着它们发生在2-D而不是3-D,”他说。对于像早期宇宙一样精力充沛的粒子碰撞,维度似乎消失了。在两个方面,“宇宙射线撞击粒子,然后创造出一个圆形的粒子阵列。圆形的一片看起来像一条线,这就是大气层中看到的探测器。”

他说,大转盘必胜技巧型强子对撞机的实验 应该能够探测足够高的能量以观察相同的二维领域。“LHC应该看到相同的对齐。粒子事件应该在一个平面上对齐。”

如果发生这种情况,新的消失维度框架将获得更多的牵引力,早期宇宙的美丽简单图片将更加突出。


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