引力波证据引发理论物理“大扫除”

安德烈·林德在前面。

照片来源:马克斯·泰格马克

3月17日，哈佛-史密森天体物理中心的天文学家约翰·科瓦奇展示了期待已久的引力波证据，即空间结构的波动。引力波起源于快速膨胀的宇宙膨胀期间的大爆炸。

在加拿大马萨诸塞州剑桥日落之前，宇宙学家大卫·马什和他的同事在互联网上发布了第一篇论文，描述了这些发现的一些细节。

作者写道，科瓦奇团队使用南极BICEP2望远镜进行的测量几乎排除了一种试图解释宇宙膨胀的模型，以及另一种基于一种称为轴的假设基本粒子的宇宙之谜(即暗物质的性质)。然而，研究人员并没有排除所有的轴模型，只是“那些构成暗物质一小部分的特殊轴类型”马什说。

马里兰州约翰·霍普金斯大学的宇宙学家马克·卡米诺科夫斯基同意停止使用一些轴向模型，“因为它们要求宇宙的膨胀发生在比BICEP2更低能量尺度的环境中”。

Kamionkowski说，BICEP2的发现将一次性排除大量其他理论，包括一些关于导致宇宙膨胀的能量场性质的想法。"那些模型出人意料地崩溃了。"他说。

"一场大规模的春季大扫除已经开始，几乎所有的东西都被清除了."麻省理工学院(MIT)的宇宙学家马克斯·泰格马克说，“它不仅动摇了实验领域，也动摇了理论世界。”

BICEP2发布后的第二天，斯坦福大学宇宙学家安德烈·林德在麻省理工学院拥挤的礼堂里说，BICEP2的数据将排除大约90%的通货膨胀模型。这些模型中的许多都不能产生可检测水平的引力波。林德是通货膨胀理论的创始人之一。

然而，他说，新的发现现在将与“混乱的通货膨胀”理论很好地一致。林德在30年前发展了这个理论。在林德的模型中，膨胀永远不会完全停止，只在有限的空间内，但指数膨胀将继续在其他地方发生。混沌膨胀不仅能产生我们所在的宇宙，还能产生一个包含许多小空间的多元宇宙，每个小空间都有自己的物理定律。一些批评家认为这个理论不能被证实。

林德还表示，引力波似乎排除了另一种称为圆形宇宙的膨胀模型。在这个模型中，两个“膜世界”相互碰撞产生了大爆炸。所谓的“膜世界”是指三维空间的宇宙漂浮在更高维度的空间中。这个理论不会产生重力辐射。

新泽西州普林斯顿大学的理论物理学家保罗·斯坦哈特是循环宇宙理论的创始人。他同意如果BICEP2的发现被证实，他的理论是错误的。然而，他说他仍然希望他的模型的一个变体可能会产生辐射。

麻省理工学院理论物理学家、诺贝尔奖获得者弗兰克·维尔泽克说，BICEP2的结果将使一些弦理论倒退。弦理论认为基本粒子是由微小的振动能量组成的。科学家将弦理论和宇宙学结合起来形成了一个膨胀模型:引力波可以用比BICEP2探测到的能量低得多的能量产生。

斯坦福大学的理论物理学家伊娃·银色啤酒杯乐队说，她不认为基于弦理论的膨胀模型有问题。"从头再来是没有意义的。"她补充说，事实上，一类涉及两个轴弦的理论现在看起来很有希望。

林德同意她的观点。“我们不需要抛弃弦理论，知道哪个理论更好只是一个正常的过程。”他说，“我们所有人，不仅仅是弦论者，都应该回到我们最初的工作，但不是因为我们失败了，而是因为我们学到了非常重要的信息，应该用它来取得进步。”(米妮)

《中国科学日报》(第三版国际版，2014年3月25日)

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