作者:赵熙熙 来源:中国科学报 发布时间:2013-9-17 19:24:11
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大爆炸学说或为海市蜃楼
科学家提出宇宙起源于四维恒星塌缩

黑洞的视界是一个球面。而在更高维度的宇宙中,黑洞可能就有一个三维的视界,从而产生一个全新的宇宙。 
图片来源: VICTOR DE SCHWANBERG/SCIENCE PHOTO LIBRARY
 
本报讯 或许可以试着和宇宙大爆炸说再见了。宇宙学家如今推测,当一颗四维恒星塌缩为一个黑洞时,其喷射的残骸形成了我们的宇宙——这一假设或许有助于解释宇宙为何从所有方向看起来都是如此一致。
 
标准的宇宙大爆炸模型告诉我们,宇宙爆发自一个密度无穷大的点,或者说奇点。但是没有人知道是什么触发了这场爆发:已知的物理定律不能告诉我们在那一刻到底发生了什么。
 
加拿大滑铁卢市圆周理论物理研究所的天体物理学家Niayesh Afshordi表示:“所有的物理学家都知道,龙可能是从奇点飞出来的。”
 
同时科学家很难解释如此激烈的大爆炸留下的宇宙何以拥有一个几乎完全均匀的温度,这是因为自从宇宙诞生以来似乎没有足够的时间达到温度平衡。
 
对于大部分宇宙学家而言,有关一致性最合理的解释是,在宇宙形成后不久,一些未知的能量形式使年轻的宇宙以超过光的速度膨胀。这样便得到了我们今天所看到的温度大致均匀的宇宙。但Afshordi强调:“宇宙大爆炸太过混乱,因此很难搞清是否真的存在这种膨胀现象。”
 
在arXiv预印本服务器上周发表的一篇论文中,Afshordi及其同事转而将注意力投向了由包括德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的物理学家Gia Dvali在内的研究团队于2000年提出的一种假设。在这个模型中,我们的三维宇宙是一张膜,漂浮在具有四个空间维度的“体宇宙”之上。
 
Afshordi的研究小组认识到,如果体宇宙包含有其自身的四维恒星,那么其中的一些恒星会塌缩,最终形成四维黑洞——这与我们的宇宙中大质量恒星的运作方式是类似的。这些四维恒星会像超新星一样爆发,并猛烈喷射出其外层物质,而它们的内层则塌缩为一个黑洞。
 
在我们的宇宙中,一个黑洞被一个名为视界的球面联系起来。鉴于普通的三维空间需要一个两维的物体(一个表面)来创建一个黑洞内部的边界,那么在体宇宙中,四维黑洞的视界应该是一个三维物体—— 一种被称为超球面的形状。当Afshordi的研究小组模拟了四维恒星之死后,他们发现,喷射的物质能够在三维视界周围形成一个三维膜,并缓慢膨胀。
 
研究人员假设,我们生活的三维宇宙可能就是这样一个膜,而我们探测到的膜的生长被认为是宇宙的膨胀。Afshordi说:“天文学家观测到这种膨胀,并倒推宇宙必然由一个大爆炸开始——但这只是海市蜃楼。”
 
这一模型同时自然而然地解释了我们的宇宙的一致性。由于四维体宇宙可能在过去已经存在了无限长的时间,因此它有足够的机会使不同区域的四维体宇宙达到一种平衡,而我们的三维宇宙则很可能继承了这一点。
 
膜宇宙学是一个物理学上超弦理论和M理论的分支,专门研究宇宙膜,该理论认为宇宙其实是镶在一些更高维度的膜上。该学科同时研究那些更高维度的膜是怎样影响着我们的宇宙。
 
(赵熙熙)
 
《中国科学报》 (2013-09-17 第2版 国际)
 
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