引力波證據引發理論物理“大掃除”多元宇宙論受肯定

最前方為Andrei Linde。

　　3月17日，哈佛-史密森天體物理中心的天文學家John Kovac展示了人們期待已久的引力波存在證據，即空間結構波動。引力波起源于宇宙急速擴張的膨脹時期所發生的大爆炸。

　　當天在美國馬薩諸塞州劍橋市的日落之前，加拿大滑鐵盧圓周理論物理研究所的宇宙學家David Marsh和同事已經將第一篇描述該發現結果的一些細節的論文，張貼在網上。

　　作者寫道，Kovac的團隊使用南極BICEP2望遠鏡所作的測量，差不多排除了試圖基于一個被稱為軸的假設基本粒子解釋宇宙膨脹和另一個宇宙謎題(即暗物質的本質)的一類模型。不過，研究人員并未排除所有的軸模型，只排除了“那些特別的、構成暗物質一小部分的軸類型”。Marsh說道。

　　馬里蘭州約翰·霍普金斯大學宇宙學家Marc Kamionkowski贊同停止一些軸模型的使用，“因為與BICEP2相比，它們要求宇宙膨脹發生在較低能源規模的環境下”。

　　Kamionkowski稱，BICEP2的發現還會一舉排除大量的其他理論，包括一些關于導致宇宙膨脹的能量場屬性的想法。“那些模型都因此驚人地坍塌了。”他說。

　　“一個偉大的春季大掃除開始了，幾乎所有的東西都被排除了。”麻省理工學院(MIT)宇宙學家Max Tegmark說道，“它不僅動搖了實驗領域，還動搖了理論世界。”

　　在BICEP2被公布的第二天，斯坦福大學宇宙學家Andrei Linde在MIT一個擁擠的禮堂演講時稱，BICEP2數據將排除約90%的膨脹模型。這些模型中的許多在可探測水平下并不能產生引力波。Linde是膨脹理論的創始人之一。

　　不過，他表示，新發現將會與“混亂的膨脹”理論很好地吻合。Linde在30年前發展出該理論。在Linde的模型中，膨脹從未完全停止，只是在有限的空間中停止，但在其他地方會繼續發生指數級的擴張。混亂的膨脹不僅能產生我們所存在的宇宙，還會產生包含許多口袋宇宙的多元宇宙，每個口袋宇宙都會有自己的物理規律。一些批評者認為該理論無法被驗證。

　　Linde還稱，引力波似乎排除了另一種被稱為循環宇宙的膨脹模型。在該模型中，兩個“膜世界”相互碰撞產生了宇宙大爆炸，所謂“膜世界”是指三維空間宇宙在一個更高維度的空間內漂浮。該理論不會產生引力輻射。

　　新澤西州普林斯頓大學的理論物理學家Paul Steinhardt是循環宇宙理論的一個發起者，他認同若BICEP2的發現被證實，那么他的理論就是錯誤的。不過他稱自己仍抱有希望，其模型的一個變化形式可能會產生輻射。

　　MIT理論物理學家、諾貝爾獎得主Frank Wilczek稱，BICEP2的結果會使一些弦理論發生倒退。弦理論認為，基本粒子是由微小的振動能量組成的。科學家通過結合弦理論和宇宙學，形成了膨脹模型：可使用比BICEP2檢測到的能量低很多的能量來產生引力波。

　　斯坦福大學理論物理學家Eva Silverstein稱，她不認為以弦理論為基礎的膨脹模型遇到了麻煩。“一切都重新開始是沒有意義的。”她補充道，事實上，同時涉及軸和弦的一類理論現在看起來很有前景。

　　Linde同意她的看法。“我們并不需要丟棄弦理論，這只是一個了解哪種理論更好的正常過程。”他說，“我們所有人，而不只是弦理論家，應該回到最初的工作中，但不是因為我們失敗了，而是因為我們了解到非常重要的信息，并應該使用這些信息取得進展。”