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。

為了檢驗這個想法，我想請你想象一下，把一張紙卷成一個緊密的圓柱體。或者，如果你手邊正好有紙，在現實生活中做這個動作也行。這個類比無論哪種方式都成立。

管子的長邊是我們真實、平常的維度之一——那個宇宙……發生各種事情的場所。卷起來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，這已經算是極其巨大了。

現在，想象讓一個粒子沿著紙張的長度方向運動。假設它是一個無質量粒子，比如光子。如果管子只有一個維度，那么那個光子就會以光速沿著管子的長度方向運動，光子通常都這么做。

但如果那個光子能夠進入這個額外維度，能夠感知并穿越它，那么它在卷曲的管子里走過的路徑就會不同。它就不會僅僅沿著長度方向運動，那也太無聊了。它還會在額外維度里一圈一圈地環繞。它的速度仍然是光速，但它的運動軌跡會包含那個額外的、隱藏的維度。

但站在我們的視角，額外維度是緊緊卷曲起來的（或許你特別特別擅長卷紙），我們根本看不到光子螺旋前進時的完整運動。我們只能看到它沿著長度方向的運動。從我們的視角看，光子現在的速度就低于光速了，因為它的一部分運動被藏進了我們感知不到的維度里。

任何運動速度低于光速的粒子必定具有質量。因此，如果光子能夠進入額外維度，它們在我們看來就會像是普通的、有質量的粒子。但光子看起來是沒有質量的，所以我們可以得出結論：光子無法進入額外維度。

那么引力呢？我們目前還沒有引力的量子理論，但如果有的話，我們非常確信引力應該是由一種叫做"引力子"的無質量粒子來承載的。但如果引力子泄漏到了額外維度里，它在我們的觀察中就不再是無質量的了。由于這種幾何結構的影響，它在我們看來就好像有了質量。

不僅如此，我們還得把量子力學也加進來——既然要嚴肅對待這些天馬行空的想法，當然少不了它。量子力學認為，每個粒子都伴有一個波。在管子的長維度方向上（在我們這個粗略類比里，這對應現實的普通維度），那個小小的引力子可以有任何它想要的波長，沒有任何限制。但在那個卷曲起來的緊致維度里，波長必須剛好契合。它可以是整數倍的波長：一個整波長、兩個、三個，依此類推。

將宇宙中的一個維度卷曲起來，這個行為會對任何能進入該維度的粒子產生一種量子效應。它的作用機制非常奇特：那個原本單一、無質量、只想過好自己的生活、自由地穿梭在所有額外維度中的粒子，被有效地"分裂"成了許多不同質量的粒子——每一種能恰好契合在卷曲維度周圍的波長，都會對應一個粒子，就像吉他弦上的各個音符。

（這里我用"弦"作類比，但必須強調，我講的可不是弦理論！）

而且遠不止幾個粒子，是無數個粒子！每個粒子有不同的波長和不同的質量。請記住，本質上仍然只有一個無質量粒子，但因為我們的視角受到了極大的限制（我們無法跟隨粒子在額外維度中的旅行），所以我們看到的，反而像是無窮多個有質量的粒子。

這就是所謂的"引力子塔"，或者"卡魯扎-克萊因塔"，趕時間的話也可以簡稱"塔"。

這意味著，我們現在有了一種工具，可以窺探宇宙的額外維度。抱歉，不是直接看到，我們仍然像地上的小螞蟻，四處爬著找食物殘渣。但這些額外的引力子現在可以……存在了。作為真實的粒子存在。它們有質量、有作用范圍、有速度、有壽命。它們在現實世界中擁有實實在在的屬性。

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

順便提一句，這里還有一點需要交代的專業術語。出于弦理論催生的各種極客式原因，我們通常的宇宙有時被稱為"膜"（brane，如同membrane膜），而額外維度則被稱為"體空間"（the bulk）。但我個人不太喜歡這套術語，因為它容易讓人混淆，還得額外費腦筋去區分哪個是"膜"哪個是"體"，所以我就提這么多。

我們無法跟隨引力子進入額外維度，但如果我們仔細地做"賬目核對"，就能發現是否有東西"丟失"。當我們運行高能粒子對撞機實驗時（相信我，這是我們絕對熱衷做的事），某些反應就會產生這種引力子塔（聽起來像是《指環王》里的東西，我扯遠了）。這些引力子會帶有質量、能量和動量，然后，它們就會溜走——它們天生就會這么做。

因此，當我們進行實驗時，我們知道輸入了多少質量、能量和動量，因為實驗設計本身就是為了掌握這類信息；實驗結束后，我們會發現質量、能量和動量有缺失，同樣也是因為實驗設計讓我們能夠探測到這些缺失。

如果這些數字對不上賬，我們就有證據表明，引力子塔"偷走"了一些動量，并將其帶入了額外維度。

未完待續……

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