宇宙恒久远，微小异次元

原创： imufu 牧夫天文

作者：Lisa Grossman

编译：王茸

校对：王婧彧 杨伯顺

编排：刘炎成

文章来源：

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

前言

宇宙泡成核是一种毁灭世界的方式，指另一个宇宙泡在我们的宇宙中突然出现，它会接近光速膨胀并席卷周围的空间，毁灭我们的宇宙的现象。在其他维度存在情况下，射线碰撞会更易产生黑洞，黑洞蒸发之后，便可形成新的宇宙泡。

1 概要

除了我们所处的宇宙, 任何其他的维度，都太微小，不足以产生可以吞噬我们的黑洞。

宇宙爆裂示意图 

额外的维度空间如果足够大，那么当一个黑洞死亡时，会产生一个拥有不同物理定律的宇宙，就像泡泡冒出一样。但这种宇宙并不适合我们居住……

图片来源: Vectorpocket/shutterstock

2 宇宙终结假想

也许，下面就是世界走向终结的方式。

最初，一对宇宙质子以不可思议的速度撞在一起，撞击的巨大能量将会产生一个微小的短暂黑洞，微小到仅存在不到一秒就蒸发殆尽。

就在这个微小黑洞刚刚存在的地方，一个遵循着完全不同于我们的物理定律的宇宙泡却开始生长，并以光速向外膨胀。紧接着，原子衰变，我们熟悉的宇宙会随之消失。

“如果你在泡泡膨胀的时候贴近观察，是无法看到它涌来的。” 北卡罗来纳州立大学罗利分校的物理学家Katie Mack解释到，“如果它从你站立位置的下面涌来，在你意识到的时候足部就已经不存在了。”

这么恐怖的场景，有可能真的发生，只要宇宙中除了空间的三维以及时间的一维纬度之外，至少还有一个另外的维度。 

不，这不是世界终结的方式——至少现在还不是！

3 其他维度的影响

至今为止，我们的宇宙还没有被蒸发的黑洞毁灭，基于这个事实，我们可以认为——其他维度的大小是在某个范围之内的。芝加哥洛约拉大学的Mack 和 Robert McNees在他们9月13日发表在arXiv.org的文章里提出了这个观点。

而且，科学家也还没有找到其他维度存在的证据，这也说明即便其他维度确实存在，也是微不可察的。但他们的存在却可以解释暗物质和暗能量，并且可以打开一扇新的大门，使我们通向超越粒子物理学范式的新物理学，所以科学家们不惜一切办法想探测到存在于新维度中的物质。

科学家们猜测，哪怕是非常微小的额外维度，都将对宇宙产生影响。比如，我们的引力可能会泄露进这些额外维度的空间。这大概可以解释为什么引力比其他三种基本力都弱那么多。

这种引力的泄露也可以使微小黑洞的形成更加容易——当存在额外维度在微小距离上的作用时，引力作用会比平时更加强烈。Mack声称“如果你有这些额外的维度，在同样的空间创造一个黑洞所用的物质要少得多。”

这也是为什么有些人认为日内瓦附近欧洲核子研究中心的大型强子对撞机有可能会创造出微小的黑洞。（译者按：虽然对撞机中的粒子还不够高能，但也许存在额外维度，使能量要求会降低。）这台对撞机在2008年开始运行，但时至今日也没有制造出黑洞。

自然有时会使更高能的粒子相互碰撞，最高能的的就是超高能宇宙射线，携带超过6万万亿电子伏能量的质子在星系间穿梭。这比大型强子对撞机所创造的能量高一亿倍。如果这些粒子之间的碰撞产生了黑洞，物理学家就可以计算出任意额外维度的引力范围，也就是说，你在引力开始变得奇怪前需要和目标保持多远的距离（危险请勿靠近）。

​4 引发真空衰变

这个假说有一个可怕的黑暗面。根据霍金大神在上世纪70年代提出的理论，在黑洞消失之前，能量会不停地从黑洞中辐射出来。按照这个理论，黑洞越小，蒸发地越快，所以任何由碰撞的宇宙射线创造的黑洞都转瞬即逝。对于宇宙来说，这可能是个坏消息。2015年，英国杜伦大学的理论物理学家Ruth Gregory和她的同事在数学上证明了当黑洞蒸发时，他们可以促使宇宙进入一种物理法则完全不同的宇宙状态，在这里原子甚至无法聚合在一起。

“没有结构可以存在，”Mack 说。“所以一切都不会存在。”

这种灾难叫做真空衰变。这个概念基于这个想法：宇宙本来的状态，也就是我们称为的真空态，不一定是最稳定的状态。可能存在另外一种物理法则，即真实的真空，它处于更低的能量状态。

Gregory和她的同事宣称，黑洞的蒸发可以创造足够动力，产生一个真实的真空泡泡。当这个真实的真空存在时，周围的空间将融入其中。这个泡泡会带着已知的宇宙一起以光速向外膨胀。

Gregory说“这些黑洞非常淘气，它们是真的想制造真空衰变。如果可以进行，确实是一个非常强烈的反应过程。”

5 其他维度存否悖论

Mack 和McNees意识到这一套想法会带来一个悖论。超高能宇宙射线间的碰撞应该已经发生了数千次。如果其他维度的空间存在，并且大到足够让超高能宇宙射线创造出迷你黑洞，那真空衰变应该早就发生了。事实上，我们还在探究其他维度到底意味着什么。如果它们存在，一定要比从前估计的要小。

Mack 和McNees计算出任意其他维度必须小于16纳米或者说一米的十亿分之一。换句话说，其他维度的引力只能影响这么远。这要比之前估计的小数百倍，并且排除了一些引力泄露到其他维度的理论。

纽卡斯尔大学的宇宙学家Ian Moss称这些分析又有趣又全面，他曾经和Gregory在2015年合作过文章。但他担心Mack 和 McNees在哪些条件可以导致真空衰变上做了过多的假设。“这些假设不能完全让人信服；虽然没有什么显然错误的假设，但假设太多了。”

牧夫天文微信号：astronomycn

图片来源：NASA