宇宙是否存在隱藏維度？第三篇：引力子塔

本文是"大額外維度"系列文章的第三部分。

為了檢驗(yàn)這個(gè)想法，我想請(qǐng)你想象一下，把一張紙卷成一個(gè)緊密的圓柱體。或者，如果你手邊正好有紙，在現(xiàn)實(shí)生活中做這個(gè)動(dòng)作也行。這個(gè)類(lèi)比無(wú)論哪種方式都成立。

管子的長(zhǎng)邊是我們真實(shí)、平常的維度之一——那個(gè)宇宙……發(fā)生各種事情的場(chǎng)所。卷起來(lái)的那一邊則是額外的大尺度維度之一，可能大到一毫米，為了我們的討論，這已經(jīng)算是極其巨大了。

現(xiàn)在，想象讓一個(gè)粒子沿著紙張的長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)。假設(shè)它是一個(gè)無(wú)質(zhì)量粒子，比如光子。如果管子只有一個(gè)維度，那么那個(gè)光子就會(huì)以光速沿著管子的長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)，光子通常都這么做。

但如果那個(gè)光子能夠進(jìn)入這個(gè)額外維度，能夠感知并穿越它，那么它在卷曲的管子里走過(guò)的路徑就會(huì)不同。它就不會(huì)僅僅沿著長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)，那也太無(wú)聊了。它還會(huì)在額外維度里一圈一圈地環(huán)繞。它的速度仍然是光速，但它的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)包含那個(gè)額外的、隱藏的維度。

但站在我們的視角，額外維度是緊緊卷曲起來(lái)的（或許你特別特別擅長(zhǎng)卷紙），我們根本看不到光子螺旋前進(jìn)時(shí)的完整運(yùn)動(dòng)。我們只能看到它沿著長(zhǎng)度方向的運(yùn)動(dòng)。從我們的視角看，光子現(xiàn)在的速度就低于光速了，因?yàn)樗囊徊糠诌\(yùn)動(dòng)被藏進(jìn)了我們感知不到的維度里。

任何運(yùn)動(dòng)速度低于光速的粒子必定具有質(zhì)量。因此，如果光子能夠進(jìn)入額外維度，它們?cè)谖覀兛磥?lái)就會(huì)像是普通的、有質(zhì)量的粒子。但光子看起來(lái)是沒(méi)有質(zhì)量的，所以我們可以得出結(jié)論：光子無(wú)法進(jìn)入額外維度。

那么引力呢？我們目前還沒(méi)有引力的量子理論，但如果有的話(huà)，我們非常確信引力應(yīng)該是由一種叫做"引力子"的無(wú)質(zhì)量粒子來(lái)承載的。但如果引力子泄漏到了額外維度里，它在我們的觀(guān)察中就不再是無(wú)質(zhì)量的了。由于這種幾何結(jié)構(gòu)的影響，它在我們看來(lái)就好像有了質(zhì)量。

不僅如此，我們還得把量子力學(xué)也加進(jìn)來(lái)——既然要嚴(yán)肅對(duì)待這些天馬行空的想法，當(dāng)然少不了它。量子力學(xué)認(rèn)為，每個(gè)粒子都伴有一個(gè)波。在管子的長(zhǎng)維度方向上（在我們這個(gè)粗略類(lèi)比里，這對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)的普通維度），那個(gè)小小的引力子可以有任何它想要的波長(zhǎng)，沒(méi)有任何限制。但在那個(gè)卷曲起來(lái)的緊致維度里，波長(zhǎng)必須剛好契合。它可以是整數(shù)倍的波長(zhǎng)：一個(gè)整波長(zhǎng)、兩個(gè)、三個(gè)，依此類(lèi)推。

將宇宙中的一個(gè)維度卷曲起來(lái)，這個(gè)行為會(huì)對(duì)任何能進(jìn)入該維度的粒子產(chǎn)生一種量子效應(yīng)。它的作用機(jī)制非常奇特：那個(gè)原本單一、無(wú)質(zhì)量、只想過(guò)好自己的生活、自由地穿梭在所有額外維度中的粒子，被有效地"分裂"成了許多不同質(zhì)量的粒子——每一種能恰好契合在卷曲維度周?chē)牟ㄩL(zhǎng)，都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)粒子，就像吉他弦上的各個(gè)音符。

（這里我用"弦"作類(lèi)比，但必須強(qiáng)調(diào)，我講的可不是弦理論！）

而且遠(yuǎn)不止幾個(gè)粒子，是無(wú)數(shù)個(gè)粒子！每個(gè)粒子有不同的波長(zhǎng)和不同的質(zhì)量。請(qǐng)記住，本質(zhì)上仍然只有一個(gè)無(wú)質(zhì)量粒子，但因?yàn)槲覀兊囊暯鞘艿搅藰O大的限制（我們無(wú)法跟隨粒子在額外維度中的旅行），所以我們看到的，反而像是無(wú)窮多個(gè)有質(zhì)量的粒子。

這就是所謂的"引力子塔"，或者"卡魯扎-克萊因塔"，趕時(shí)間的話(huà)也可以簡(jiǎn)稱(chēng)"塔"。

這意味著，我們現(xiàn)在有了一種工具，可以窺探宇宙的額外維度。抱歉，不是直接看到，我們?nèi)匀幌竦厣系男∥浵仯奶幣乐沂澄餁堅(jiān)５@些額外的引力子現(xiàn)在可以……存在了。作為真實(shí)的粒子存在。它們有質(zhì)量、有作用范圍、有速度、有壽命。它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中擁有實(shí)實(shí)在在的屬性。

而最關(guān)鍵的是，這些引力子能夠"溜走"，進(jìn)入額外維度，就像你在粗制濫造的科幻電影里看到的那種廉價(jià)劇情：反派眼看就要被主角抓住了——嘿，他跑了，溜進(jìn)另一個(gè)維度了。

順便提一句，這里還有一點(diǎn)需要交代的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。出于弦理論催生的各種極客式原因，我們通常的宇宙有時(shí)被稱(chēng)為"膜"（brane，如同membrane膜），而額外維度則被稱(chēng)為"體空間"（the bulk）。但我個(gè)人不太喜歡這套術(shù)語(yǔ)，因?yàn)樗菀鬃屓嘶煜€得額外費(fèi)腦筋去區(qū)分哪個(gè)是"膜"哪個(gè)是"體"，所以我就提這么多。

我們無(wú)法跟隨引力子進(jìn)入額外維度，但如果我們仔細(xì)地做"賬目核對(duì)"，就能發(fā)現(xiàn)是否有東西"丟失"。當(dāng)我們運(yùn)行高能粒子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)（相信我，這是我們絕對(duì)熱衷做的事），某些反應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生這種引力子塔（聽(tīng)起來(lái)像是《指環(huán)王》里的東西，我扯遠(yuǎn)了）。這些引力子會(huì)帶有質(zhì)量、能量和動(dòng)量，然后，它們就會(huì)溜走——它們天生就會(huì)這么做。

因此，當(dāng)我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們知道輸入了多少質(zhì)量、能量和動(dòng)量，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本身就是為了掌握這類(lèi)信息；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量、能量和動(dòng)量有缺失，同樣也是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)讓我們能夠探測(cè)到這些缺失。

如果這些數(shù)字對(duì)不上賬，我們就有證據(jù)表明，引力子塔"偷走"了一些動(dòng)量，并將其帶入了額外維度。

未完待續(xù)……

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