[宇宙探秘] 为什么我们的宇宙是三维的?宇宙结可以解开这个谜团!

下次你沮丧地解开你的耳塞时，这里有一个想法可以帮助你理解它：结可能在启动我们的宇宙中发挥了关键作用，没有它们我们就不会生活在三维空间中。这是一篇由一群物理学家在一篇新论文中提出的奇怪故事，这个想法实际上有助于填补宇宙起源故事中的一些情节漏洞。我们的宇宙有三个空间维度。这是现实中的一个基本事实，大多数人都不会停下来质疑为什么会这样。但从理论上讲，三个维度似乎有些随意。为什么我们的宇宙没有四维，五维或11维？这个问题困扰着物理学家，但试图回答这个问题却经常被归为“太难”的一揽子问题。

经过五年解决这个问题，一个国际物理学家团队已经发展出一种理论，不仅解释了宇宙在三维状态下是如何产生的，而且还解决了其诞生和成长的其他几个奥秘。关键是粒子物理标准模型中一个相当常见的元素，称为通量管。助焊剂管是灵活的能量束，将基本粒子结合在一起 - 在胶子的帮助下连接夸克和反夸克。但随着颗粒分离，它们最终会破坏它们之间的通量管。它释放出一股能量，产生一个新的夸克 - 反夸克对，它与现有的粒子结合形成两个完整的对。

磁通管是一个众所周知的现象，但是对于新理论，物理学家发现通过将那些能量水平提高到更高的能量水平，他们可以解决为什么宇宙恰好就像我们看到的那样。在所有事物的早期，宇宙只是一种叫做夸克 - 胶子等离子的热的厚厚的原始汤。由于有如此多的基本粒子，它们会产生一大堆通量管。然而，大多数这些管子很快就会被破坏，因为物质和反物质在它们相遇时会相互消灭，并将通量管与它们一起取出。

但有时，助焊剂管可以比它们连接的颗粒存活更长时间。如果这些粒子以正确的方式移动，它们可以将它们的通量管扭曲成结，这些结足够稳定以便自己存在。如果这些通量管中的一些交织在一起，它们可以形成一个更稳定的结网络，这将很快填满早期的宇宙。

该团队很快意识到这个想法解释了目前公认的宇宙如何形成的两个长期问题。故事说，在最初几分钟，宇宙经历了一个极快速扩张的时期 - 从单个质子的大小到不到一万亿分之一秒的葡萄柚。在那之后，虽然目前正在加速，但扩张的速度要慢得多。但关于这个故事的两个问题从来没有得到适当的回答：是什么触发了突然的扩张，然后为什么它再次放缓？当团队计算出多少能量将被困在他们的网络中时，他们意识到它为这两者提供了方便的解释。

“我们的通量管网不仅提供了驱动通胀所需的能量，还解释了为什么它如此突然停止，”该研究的共同作者Thomas Kephart说。“当宇宙开始膨胀时，磁通管网络开始腐烂并最终破裂，消除了为扩张提供动力的能源。”这个故事完全符合现有的一切事物的想法。在磁通管网络发生故障后，它将粒子和辐射释放到宇宙中，然后继续扩展和演化其他理论解释的方式。

这也让我们回到了为什么宇宙是三维的问题。根据结理论，结只能存在于三个维度中：只要加上第四维，它们就会迅速解开。这意味着在早期阶段，打结的通量管将仅在三个空间维度上引起快速膨胀。当磁通管网络发生故障时，已经为3D宇宙的演化奠定了基础，并且存在的任何更高维度都将保持微小且基本上无法检测到。虽然理论肯定是有趣的，但它仍然是一项正在进行中的工作。在提出这个想法之前，研究人员说他们需要进一步发展它，以便对宇宙的本质进行可测试的预测。

最后，考虑到没有它们，我们可能不存在，可能是纠结的耳塞是一个很小的代价。

该研究发表在欧洲物理期刊C上。