1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages

科技环境

LHC重启 寻找平行宇宙

欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机(LHC)周日顺利重启。科学家希望,能在接下去的研究中,叩开物理学全新领域的大门。

(德国之声中文网)我们人类所感知的空间是三维的,物体在上下、前后、左右这三个维度上位移或者旋转。此外,还有一个维度是时间,它和三维空间一同组成了我们所能感知的四维时空。

不过,当代的物理学家对这个世界有着完全不同的认知。他们认为,有一种大一统理论能够解释宇宙中的所有基本力,能够同时解释宏观世界与微观世界。在这一假设的基础上,物理学家们发展了弦理论。而通过数学计算,弦理论只存在十维空间中。

Extradimensionen

计算机模拟下的额外维度就是这个模样

平行宇宙?

我们所熟知的三个维度,其尺寸非常巨大,动辄数十亿个光年。弦理论认为,剩下来的那些维度,则都非常小,还卷曲成一团--所谓"被压缩";这也是我们无法感知到这些维度的原因。

有一个简单的例子可以帮助我们来理解这一理论:我们从远处观察电线杆上悬挂的电线时,往往只是看到了线。在这条线上,一只蚂蚁只能在一个维度上运动。不过,如果我们走近看,就会发现这条电线其实也不是那么细。电线上的蚂蚁,不仅仅能向上运动,还能饶着电线爬动--这就是电线上的第二个维度,呈现为环状。

万有引力为什么那么弱?

根据弦理论,我们所处时空的每一个点上,都存在其他被卷曲的维度,所谓"额外维度"。1998年,理论物理学家哈米德(Nima Arkani-Hamed)、蒂莫泡罗斯(Savas Dimopoulos)以及德瓦利(Georgi Dvali)确证,这些额外纬度都可以足够大,从而可以证明其存在。这些额外维度将有助于解决困扰物理学界多年的一个问题:和其他基本力相比,万有引力为什么那么弱?

这些卷曲的额外维度将能够解释这一现象。根据弦理论,我们目前所知的所有基本粒子都在三维空间中;该理论还提出引力子假说,认为这种尚未被证实存在的粒子能够在所有十个维度中运动。因此,万有引力是基本力中唯一受到额外维度影响的一种力。

欧洲粒子物理研究所(CERN)的物理学家现在将凭借大型强子对撞机(LHC)去找寻这些引力子和额外维度的踪迹。按照计划,在新一轮试验中,粒子对撞所产生的能量将是之前的两倍,科学家认为这一能级将足够用于寻找额外维度。当然,科学家还得寄希望于这些额外维度的尺寸,希望它们能足够大。

Simulation Schwarzer Löcher

计算机模拟的微型黑洞场景

叩响物理新疆域的大门

证明额外维度的方法之一就是人工制造微型黑洞--大约就像基本粒子那般小。LHC能够加速两枚粒子,使其在高能条件下相撞。这时,由于粒子相互距离极小,因此万有引力足够大,能够使这两枚粒子融合。此时,微型黑洞就有可能产生。

如果宇宙只有我们所知的三个空间维度,那科学家就需要一个银河系大小的加速器,才能让粒子加速到足以对撞产生黑洞的程度。而如果额外维度确实存在,并且具有一定的尺寸,那么粒子的万有引力就会分散在各个维度中,而在我们所感知的三维空间中,粒子的万有引力就被削弱了。此时,LHC无需达到银河系大小的尺寸,便能让粒子达到足够的能量,相互对撞压缩,产生一个微型黑洞。

不过,这个微型黑洞的存在时间也将非常短,无法为我们所直接观测。由于霍金辐射,这种微型黑洞将很快蒸散。但这一过程将产生许多能够被LHC里的传感器所能探测到的粒子,此外还将产生很高的能量,同样能够观测到。

如果能够证实这种微型黑洞的存在,物理学将迎来一个大突破,其意义更甚于前些年被证实存在的

希格斯粒子

。这将是物理学的一场大革命。

Detektion eines schweren Gravitons

观测引力子所需的设备(简图)

小粒子昭示大革命

此外,如果能够证实引力子的存在,也将是物理学的大突破。按照目前的假说,引力子本身没有质量,无法被观测到。但引力子在额外维度中的"小伙伴"却能够被观测到,这意味着那里的万有引力强于我们所感知的三维空间,甚至可能有着与三维空间不同的物理法则。这也是证实额外维度存在的又一途径。

德国马克斯-普朗克物理研究所目前已经模拟了找寻引力子的实验。如果在巨大的探测器中出现异常高质量的电子对或者μ子对,就意味着可能存在引力子。这是因为,引力子的相互作用会产生上述的粒子对。

LHC重启

后,高能粒子将在27公里长的管道中加速、相撞。不过,在最初的几个星期,CERN的科学家首先要能够有效地控制这些高能粒子束。毕竟,重启后的对撞能级比之前翻了一倍,精确控制可不是什么容易事儿。科学家预计,LHC将在5月底左右开始得出首批实验数据。到了今年底,物理学家们就可以对外展示第一批实验成果了。

DW.COM