科学家挑战--爱因斯坦相对论的第四度空间侦测方式(图)

发表：2006-06-02 09:32

利用人造卫星侦测第四度空间引起的宇宙效应

美国罗格斯大学（Rutgers University）Charles R. Keeton和杜克大学（Duke University）Arlie O. Petters目前发展出一套数学计算方式，可让天文学家测试新的重力5维理论，足以挑战爱因斯坦的广义相对论。

　　他们的第二型Randall-Sundrum薄膜宇宙模型（type II Randall-Sundrum braneworld gravity model）认为：可见宇宙像是一片薄膜包覆住的空间一样，所以称为“膜内宇宙（braneworld universe）”。膜内宇宙为由4维空间和1维时间组成的5维结构，与广义相对论认为的3度空间加时间的4维结构不同。

　　Keeton等人的模型预测有某种宇宙效应，可以让天文学家侦测比广义相对论多出来的那个第四度空间。他们认为在未来几年内，利用人造卫星就可以侦测到他们预测的这种第四度空间引起的宇宙效应。如果经观测证实，那么广义相对论将受到严重挑战，人们对宇宙的论知又将改观。

　　Randall-Sundrum薄膜宇宙模型是哈佛大学物理学家Lisa Randall和约翰霍普金斯大学Raman Sundrum所提出，利用数学来描述重力如何影响宇宙的“形状”，与广义相对论对宇宙的描述相当不同。其中，薄膜宇宙理论预测自宇宙早期至今便存在一些非常小的“黑洞”，这些迷你黑洞质量仅相当于小行星，可能是宇宙暗物质（dark matter）的一部分；科学家目前还不确定暗物质的本质，只能从周边物质或天体所受到的重力作用侦测到它们的存在。广义相对论认为这些迷你黑洞会因为蒸发之故，所以不可能存留至今。

　　Keeton表示：当他们用新模型想估计薄膜宇宙的迷你黑洞（braneworld black holes）到底有多远，结果惊讶地发现最近的一个或许就在冥王星轨道以内的地方！他们发现：如果薄膜黑洞只占整个银河系总质量的1％，那么太阳系内至少会有数千个薄膜黑洞。

　　Keeton等人预测：由于薄膜黑洞会对从其他星系向地球方向发出的电磁辐射产生所谓的重力透镜效应（gravitational lensing），尤其是珈玛射线爆发（ bursts of gamma rays）时，薄膜黑洞将阻碍珈玛射线的前进，就像池塘中的石块会阻挡涟漪波动通过一样，而在石块后方形成干涉条纹（interference pattern）－某些地方因波动相加而使波峰变得更高、某些地方的因相减而使波谷变得更低；Keeton等人发现：薄膜宇宙所提的第四度空间，会让干涉条纹的间隔变得比较靠近！所以从干涉条纹的型态特征就可以了解薄膜黑洞的特性，由此可进而了解时空结构的特性。

　　NASA计划将在2007年8月发射Gamma-ray Large Area Space Telescope，Keeton等人希望届时能利用这架太空望远镜进行相关测试。

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