宇宙恆久遠，微小異次元_風聞

原創： imufu牧夫天文

作者：Lisa Grossman

編譯：王茸

校對：王婧彧 楊伯順

編排：劉炎成

文章來源：

https://www.sciencenews.org/article/universe-continued-existence-implies-extra-dimensions-tiny

前言

宇宙泡成核是一種毀滅世界的方式，指另一個宇宙泡在我們的宇宙中突然出現，它會接近光速膨脹並席捲周圍的空間，毀滅我們的宇宙的現象。在其他維度存在情況下，射線碰撞會更易產生黑洞，黑洞蒸發之後，便可形成新的宇宙泡。

1 概要

除了我們所處的宇宙, 任何其他的維度，都太微小，不足以產生可以吞噬我們的黑洞。

宇宙爆裂示意圖

額外的維度空間如果足夠大，那麼當一個黑洞死亡時，會產生一個擁有不同物理定律的宇宙，就像泡泡冒出一樣。但這種宇宙並不適合我們居住……

圖片來源: Vectorpocket/shutterstock

2 宇宙終結假想

也許，下面就是世界走向終結的方式。

最初，一對宇宙質子以不可思議的速度撞在一起，撞擊的巨大能量將會產生一個微小的短暫黑洞，微小到僅存在不到一秒就蒸發殆盡。

就在這個微小黑洞剛剛存在的地方，一個遵循着完全不同於我們的物理定律的宇宙泡卻開始生長，並以光速向外膨脹。緊接着，原子衰變，我們熟悉的宇宙會隨之消失。

“如果你在泡泡膨脹的時候貼近觀察，是無法看到它湧來的。” 北卡羅來納州立大學羅利分校的物理學家Katie Mack解釋到，“如果它從你站立位置的下面湧來，在你意識到的時候足部就已經不存在了。”

這麼恐怖的場景，有可能真的發生，只要宇宙中除了空間的三維以及時間的一維緯度之外，至少還有一個另外的維度。 

不，這不是世界終結的方式——至少現在還不是！

3 其他維度的影響

至今為止，我們的宇宙還沒有被蒸發的黑洞毀滅，基於這個事實，我們可以認為——其他維度的大小是在某個範圍之內的。芝加哥洛約拉大學的Mack 和 Robert McNees在他們9月13日發表在arXiv.org的文章裏提出了這個觀點。

而且，科學家也還沒有找到其他維度存在的證據，這也説明即便其他維度確實存在，也是微不可察的。但他們的存在卻可以解釋暗物質和暗能量，並且可以打開一扇新的大門，使我們通向超越粒子物理學範式的新物理學，所以科學家們不惜一切辦法想探測到存在於新維度中的物質。

科學家們猜測，哪怕是非常微小的額外維度，都將對宇宙產生影響。比如，我們的引力可能會泄露進這些額外維度的空間。這大概可以解釋為什麼引力比其他三種基本力都弱那麼多。

這種引力的泄露也可以使微小黑洞的形成更加容易——當存在額外維度在微小距離上的作用時，引力作用會比平時更加強烈。Mack聲稱“如果你有這些額外的維度，在同樣的空間創造一個黑洞所用的物質要少得多。”

這也是為什麼有些人認為日內瓦附近歐洲核子研究中心的大型強子對撞機有可能會創造出微小的黑洞。（譯者按：雖然對撞機中的粒子還不夠高能，但也許存在額外維度，使能量要求會降低。）這台對撞機在2008年開始運行，但時至今日也沒有製造出黑洞。

自然有時會使更高能的粒子相互碰撞，最高能的的就是超高能宇宙射線，攜帶超過6萬萬億電子伏能量的質子在星系間穿梭。這比大型強子對撞機所創造的能量高一億倍。如果這些粒子之間的碰撞產生了黑洞，物理學家就可以計算出任意額外維度的引力範圍，也就是説，你在引力開始變得奇怪前需要和目標保持多遠的距離（危險請勿靠近）。

​4 引發真空衰變

這個假説有一個可怕的黑暗面。根據霍金大神在上世紀70年代提出的理論，在黑洞消失之前，能量會不停地從黑洞中輻射出來。按照這個理論，黑洞越小，蒸發地越快，所以任何由碰撞的宇宙射線創造的黑洞都轉瞬即逝。對於宇宙來説，這可能是個壞消息。2015年，英國杜倫大學的理論物理學家Ruth Gregory和她的同事在數學上證明了當黑洞蒸發時，他們可以促使宇宙進入一種物理法則完全不同的宇宙狀態，在這裏原子甚至無法聚合在一起。

“沒有結構可以存在，”Mack 説。“所以一切都不會存在。”

這種災難叫做真空衰變。這個概念基於這個想法：宇宙本來的狀態，也就是我們稱為的真空態，不一定是最穩定的狀態。可能存在另外一種物理法則，即真實的真空，它處於更低的能量狀態。

Gregory和她的同事宣稱，黑洞的蒸發可以創造足夠動力，產生一個真實的真空泡泡。當這個真實的真空存在時，周圍的空間將融入其中。這個泡泡會帶着已知的宇宙一起以光速向外膨脹。

Gregory説“這些黑洞非常淘氣，它們是真的想製造真空衰變。如果可以進行，確實是一個非常強烈的反應過程。”

5 其他維度存否悖論

Mack 和McNees意識到這一套想法會帶來一個悖論。超高能宇宙射線間的碰撞應該已經發生了數千次。如果其他維度的空間存在，並且大到足夠讓超高能宇宙射線創造出迷你黑洞，那真空衰變應該早就發生了。事實上，我們還在探究其他維度到底意味着什麼。如果它們存在，一定要比從前估計的要小。

Mack 和McNees計算出任意其他維度必須小於16納米或者説一米的十億分之一。換句話説，其他維度的引力只能影響這麼遠。這要比之前估計的小數百倍，並且排除了一些引力泄露到其他維度的理論。

紐卡斯爾大學的宇宙學家Ian Moss稱這些分析又有趣又全面，他曾經和Gregory在2015年合作過文章。但他擔心Mack 和 McNees在哪些條件可以導致真空衰變上做了過多的假設。“這些假設不能完全讓人信服；雖然沒有什麼顯然錯誤的假設，但假設太多了。”

牧夫天文微信號：astronomycn

圖片來源：NASA