引力波發(fā)現(xiàn)或重新“洗牌”物理學

鄧雪梅/編譯

在公布BICEP2觀測結(jié)果之前，林德正在炫耀他的二頭?。ㄇ芭抛笠唬?/p>

3月17日，哈佛大學史密森天體物理中心的天文學家約翰·科瓦奇（John Kovac）宣布了關(guān)于引力波的期待已久的證據(jù)——時空結(jié)構(gòu)中的漣漪起源于宇宙大爆炸并經(jīng)歷了急劇膨脹的暴漲階段——當晚，詳解這一發(fā)現(xiàn)結(jié)果的首篇論文被放到了網(wǎng)上，作者是加拿大圓周理論物理研究所的大衛(wèi)·馬什（David Marsh）及其同事。

他們寫道，科瓦奇小組使用的南極BICEP2望遠鏡的測量結(jié)果幾乎排除掉了一類模型，該模型基于一個被假設(shè)存在的基本粒子——軸子——來試圖解釋宇宙早期的暴漲以及宇宙中神秘暗物質(zhì)的特性。然而，論文作者并沒有排除掉所有的軸子模型，僅僅排除掉了“能夠彌補一小部分暗物質(zhì)的這類特殊軸子”。

約翰·霍普金斯大學的宇宙學家馬克·卡米奧庫斯基（Marc Kamionkowski）認為，BICEP2 的結(jié)果也排除了大量其他理論，包括驅(qū)使暴漲發(fā)生的能量場特性的幾個想法?！胺嫌^測結(jié)果的模型變得越來越少?！甭槭±砉W院宇宙學家馬克斯·特格馬克（Max Tegmark）說：“這是物理學中的一次徹底大洗牌，幾乎一切都被排除掉了。這不僅僅動搖了實驗領(lǐng)域，同時也影響到了理論界?！?/p>

就在BICEP2觀測結(jié)果公布的第二天，斯坦福大學宇宙學家安德烈·林德 （Andrei Linde）認為，許多模型并沒有產(chǎn)生可探測水平的引力波。同是暴漲理論奠基人之一的林德說，BICEP2的觀測數(shù)據(jù)將排除掉大約90%的暴漲模型。但他表示，這一觀測結(jié)果會同“混沌暴漲”符合得非常好。

在林德的模型中，暴漲并沒有完全地結(jié)束，它僅僅停留在有限的空間區(qū)域并隨著指數(shù)膨脹到其他地方。林德還指出，原始引力波的發(fā)現(xiàn)似乎排除了被稱做循環(huán)宇宙的可選模型。在循環(huán)宇宙中，兩個“膜世界”的碰撞產(chǎn)生了宇宙大爆炸，這兩個“膜世界”鑲嵌在一個更高維時空中。這個理論并不能產(chǎn)生引力波。

普林斯頓大學理論物理學家保羅·斯坦哈特（Paul Steinhardt）是循環(huán)宇宙的提出者，他坦承，如果BICEP2的觀測結(jié)果被證實的話，那么他的理論就徹底被推翻了。但他并沒有因此放棄希望，因為循環(huán)宇宙的一個變種可能會產(chǎn)生引力波。

與此同時，諾獎得主、麻省理工學院的弗蘭克·韋爾切克（Frank Wilczek）認為，BICEP2的觀測結(jié)果會讓一些弦理論學家“另起爐灶”。弦理論假定基本粒子是由微小振動的能量環(huán)構(gòu)成。他說，將弦理論同宇宙學結(jié)合起來會使其中的暴漲模型所產(chǎn)生的引力波能量比BICEP2探測到的低得多。

對于是否要放棄弦理論，林德認為沒有必要?！斑@僅僅是了解哪種理論更好的一種正常過程，”他同時說，“我們所有的人，不僅僅是弦理論學家，都應(yīng)當重新啟航。并不是因為我們失敗了，而是因為我們得到了更加重要的東西”