日本app家利用弦理论制定的模型解释为什么我们的宇宙是三维空间
据国外媒体1月20日报道，为什么我们的宇宙是我们今天看到的样子？为什么我们的宇宙是三维空间，而不是九维空间或十维空间？日本app家近日为人们解释了三维宇宙如何从原来的九维空间演变而来，他们利用超级计算机模型模拟我们宇宙的诞生。研究手机版发表在最新一期的《物理评论快报》上。
在我们钻研这个令人费解的问题之前，先来了解一下它的背景。一些非常令人信服的观测证据已证明宇宙是如何诞生的大爆炸理论，包括宇宙微波背景辐射的测量和元素的相对丰度。宇宙学家解释，宇宙大爆炸的几秒钟内，它开始存在，并形成一个小点。但对于这一点，无法用物理学来解释。我们需要一种新的理论，把相对论与量子力学相结合，使对那一刻的解释合理化。
物理学家在20世纪苦心拼凑起了一个合理有效的物理学“标准模型”。他们的模型作品不依靠额外维度，它将电磁与强和弱的核力量结合起来，并为大而嘈杂的亚原子粒子“家族”提供一个整洁的理论框架。但有一个张口状的洞，标准模型不包括引力。这是为什么詹妮特•温特森(Jeanette Winterson)的小说《宇宙的均衡》(Gut Symmetries)中的物理学家朱庇特（Jove）把这个标准模型称为“飞篷布” ，“它大、丑陋、有用的，涵盖了你想要的，忽略重力。”超弦理论（Superstring theory）旨在堵塞那个洞。
根据弦理论家，我们每天经历全尺寸的三个空间维度，一个时间维度，以及在普朗克尺度揉皱的6个额外维度，就像皱巴巴的纸。弦是自然界中最基本的单位，在普朗克尺度中振动。这些额外维度的几何形状，有助于确定弦振动的共振模式。这些振动模式决定形成的基本粒子类型，产生我们周围观察到的物质力量。在原理上，与电场和磁场振动产生整个光谱大致相同，或小提琴振动的弦产生不同的音符。所有的物质（和所有的力）都由这些振动组成，包括重力。弦振动相当于受重力作用的粒子。
广义相对论现已量化，这意味着弦理论可以用来探索我们的宇宙诞生的无限微小的点。还有一个问题，就是额外维度，我们的世界只有三个维度。物理学家已经设计出这个非常有说服力的假设情况如何出现。大爆炸之前的宇宙是一个完美对称的九维宇宙（加上时间维度是十维），四个基本力量在难以想象的高温中得到统一。但是，这个宇宙极不稳定，并破裂成两个，在雏形宇宙中发出一个巨大的冲击波。其结果是分裂成两个独立的时空：我们所居住的展开的三维空间，一个六维的时空剧烈收缩成一个微小的普朗克球。随着我们的宇宙的膨胀和冷却，四大力量一个接一个地分裂，首先从重力开始。今天我们所看到的一切都只是原来九维宇宙的一个碎片。
支持这一观点的物理学家还不能确定为什么会发生这些变化，但他们怀疑这可能是由于令人难以置信的张力，以及需要维持一个超对称状态，使不稳定的状态稳定下来。试想一下，您家的床单洗了以后略有缩水。你设法把床单铺到床的四个角，床单被拉得很紧，织物上充满张力，拉到这个角，那个角的床单会蜷缩。跟床单一样，原来的十维时空结构被拉长，处于超对称状态。但张力变大，时空就一分为二。其中一部分蜷缩成一个小球，宇宙破裂的余震使另一部分向外迅速扩展，这一时期被称为膨胀期。这成为我们现在见到的宇宙。
日本app家的模拟结果表明：宇宙诞生之时有9个空间维度，但其中只有3个维度经历了扩展。这是一个三维的宇宙如何从九维空间出现的第一次实际演示，为理论的有效性提供了有力的支持。这一切发生的机制是什么？对于一个10维的宇宙，超对称性有数百万种的方式突破。新的模拟可帮助我们了解这个对称性破坏使宇宙成为目前的状态。
日本app家Jun Nishimura、Asato Tsuchiya 和Sang-Woo Kim 利用弦理论制定的矩阵模型（matrix model）解决了这个问题。该设计模拟复杂的弦的相互作用。对于非常复杂的技术原因，矩阵模型和现实世界之间的连接有点模糊，主要是因为：第一，假设弱相互作用，其实弦之间的相互作用是相当强的；第二，运算中的时间变量不会在数学意义上被视为“真实的”。这些新的模拟假设强相互作用，并把时间当作一个真正的变量。因此，弦理论家现在有一个有用的工具用于分析超弦理论的预测分析，揭示膨胀、暗物质和宇宙的加速膨胀等棘手的问题，而这也解释了为什么我们的宇宙看起来是现在的样子。（来源：搜狐app 尚力）
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