我们所处的宇宙到底是几维空间？

我们的宇宙存在于三维空间以外吗?

7月23日发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)上的一项新研究表明，宇宙有可能存在于三维空间外，但不太可能在大尺度上存在。研究发现，在大部分太空中，宇宙的运行方式很可能和我们在地球上所经历的是一样的。这些结果也在帮助科学家更好地理解暗能量的神秘本质，暗能量是宇宙加速膨胀背后的神秘现象。

2017年10月，科学家利用激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测到了两颗中子星相撞时产生的引力波，这两颗中子星相撞事件被称为GW170817，也可以用传统的望远镜观测到，这样科学家们就可以同时通过引力波和光波来研究这一现象。这两种测量方法使科学家们能够了解我们宇宙的更多方面，包括它可能包含多少维度。新的结果也为爱因斯坦的广义相对论提供了额外的证据。

这项研究的主要作者、普林斯顿大学的博士生克里斯•帕尔多(Kris Pardo)表示：“广义相对论认为，引力应该在三维空间中起作用，(结果)表明，与我们所看到的一样。”

虽然广义相对论迄今为止在描述我们的宇宙时被证明是正确的，但有一件事它并不能很好地给出解释：为什么我们的宇宙在加速膨胀?科学家们将这种加速的原因戏称为“暗能量”，没有人知道它是什么。一些理论尝试修改引力理论来解释膨胀，猜测引力理论在大尺度应用时作用是不同的。这些想法中有许多也预测了其他维度的存在，而这些维度可以被引力波探测。

英国牛津大学(Oxford University)的宇宙学家特莎·贝克(Tessa Baker)说：“寻找改进的引力理论本质上是由暗能量之谜所驱动的，我们正在试图找到一种方法，可以通过调整万有引力定律来解释宇宙膨胀为何在加速。”

根据许多这些理论，如果存在额外的维度的话，引力波会“泄漏”到这些维度，导致这些波在穿越宇宙时减弱。在最近的研究中，科学家们测量了GW170817的引力波和光波到达地球的距离，但研究人员没有发现任何与额外维度相关的减弱迹象。

GW170817事件发生后，许多研究人员通过计算引力波的速度来确定引力波的传播时间延迟，排除了一些经过修改的引力理论。贝克告诉《生活科学》杂志：“这篇新论文可以排除另一套理论。”

新结果只排除了较大的维度。因此，它们不会对弦理论所预测的10多个维度施加任何约束。弦理论是物理学中的一个理论，它认为一切都是由微小的振动弦构成的。然而，新的发现确实表明，在1英里(1.6公里)到至少8000万光年的范围内，宇宙是三维的。这一发现进一步否定了更大的维度，但前提是它们在小于8000万光年的尺度上对物理学有可见的影响。

研究人员还利用这些数据计算了引力子的寿命。引力子是一种理论粒子，如果存在的话，引力子会传递重力。科学家们发现，引力子的寿命至少有4.5亿年，换句话说，在这段时间内引力子不会衰变为更轻的粒子。但一些经过修改的引力理论预测了这种衰变，因此这种对引力子寿命的计算可以用于未来发生在宇宙其他部分的引力波事件，有助于进一步验证这些理论。

GW170817碰撞事件“在宇宙学上非常非常局部——基本上就在我们家门口，”贝克说。但是，物理学家们也真的很想在更远的距离看到更多的事件(这意味着这些事件发生在更久远之前)，因为这些将揭示引力或暗能量是否会随时间而改变，贝克补充说。

目前来看，宇宙似乎只有我们熟悉的那些维度。但科幻作家和时间旅行爱好者不要绝望，更小、更紧凑的维度可能仍然存在。