宇宙中是否存在隱藏維度？第四篇：放眼宇宙之外

本文是關(guān)于大額外維度系列的第四部分。

于是我們做了那些實(shí)驗(yàn)。結(jié)果一無所獲。迄今為止，我們?cè)谑澜绺鞯剡M(jìn)行的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，既沒有發(fā)現(xiàn)動(dòng)量缺失的證據(jù)，也沒有看到引力子塔樓滑入隱藏維度的跡象。

和物理學(xué)中通常的情況一樣，這并未徹底否定這個(gè)想法。它只是限制了額外維度可能有多大。如果額外維度非常小，那就意味著我們當(dāng)前的對(duì)撞機(jī)還無法達(dá)到制造那些引力子塔樓所需的能量。

但還有別的方法可以試探這一點(diǎn)。幾十年來，聰明的物理學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了一系列可以在單個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成的實(shí)驗(yàn)，來精確測量引力的強(qiáng)度。既然引力可以逃逸到額外維度中，那么當(dāng)你越接近那些維度存在的地方，就應(yīng)該會(huì)觀測到一些偏離經(jīng)典牛頓引力的現(xiàn)象。

我們還可以把目光投向宏大尺度。我知道我們有各種 fancy 且昂貴的粒子對(duì)撞機(jī)，但就制造真正巨大爆炸的原始能力而言，沒有什么能比得上大自然本身。一場典型的超新星爆發(fā)，能讓大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)顯得像個(gè)玩笑，并且理應(yīng)產(chǎn)生數(shù)量龐大的大質(zhì)量引力子。這些產(chǎn)生的引力子會(huì)被超新星爆發(fā)后殘留的中子星捕獲。

但是，即使在中子星溫暖舒適的懷抱里，這些引力子也不會(huì)永遠(yuǎn)存在。它們衰變時(shí)會(huì)提供自身的熱量和輻射源，這會(huì)在中子星發(fā)出的光中表現(xiàn)為一種獨(dú)特的信號(hào)。

把這些證據(jù)綜合起來，我們就能對(duì)大額外維度的可能大小施加相當(dāng)嚴(yán)格的限制。對(duì)于較少數(shù)量（例如兩個(gè)）的額外維度，我們談?wù)摰某叨戎挥邪俜种患{米。對(duì)于更多數(shù)量的額外維度（比如五六個(gè)），它們甚至必須更小。這遠(yuǎn)比當(dāng)初承諾的"大"額外維度要小得多。這給整個(gè)想法澆了一大盆冷水。這個(gè)理論的全部意義在于消除等級(jí)問題（可能會(huì)代之以更棘手的問題，比如為什么只有引力才能感知額外維度，但這里我們先一件件事慢慢來）。然而，要將普朗克統(tǒng)一能量標(biāo)度降下來，唯一的辦法就是讓大額外維度……嗯，確實(shí)很大。

但現(xiàn)在我們知道它們其實(shí)沒那么大，這并沒有真正解決等級(jí)問題。

那么，我們這就結(jié)束了嗎？還沒有。

所有這些計(jì)算、假設(shè)和檢驗(yàn)都基于一個(gè)由尼馬·阿爾卡尼-哈米德、薩瓦斯·迪莫普洛斯和吉亞·德瓦利在1998年提出的模型。他們的模型假設(shè)額外維度在空間上是平直的。但維度怎么既能是平直的，同時(shí)又自身蜷曲起來呢？這是因?yàn)閳A柱體和甜甜圈在幾何上是平直的（例如，平行線保持平行），但拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。所以這完全講得通，而且甜甜圈很好吃。

但是，如果額外維度不是平直的呢？我知道我們的空間維度似乎是平直的，但誰說過額外維度必須遵守同樣的規(guī)則？它們是額外的，它們可以為所欲為。

1999年，麗莎·蘭德爾和拉曼·桑德拉姆對(duì)舊的平直空間模型進(jìn)行了修改。他們提出，嗯，如果額外維度具有很大的曲率呢？

這種額外維度的曲率改變了引力子塔樓（順便說一句，這現(xiàn)在是我最喜歡的術(shù)語行話之一）的行為方式。整個(gè)塔樓是建立在引力子波長在環(huán)繞額外維度時(shí)必須契合這一基礎(chǔ)之上的。這便將單個(gè)無質(zhì)量引力子轉(zhuǎn)變成了大量（讀作：無窮多）有質(zhì)量引力子，從非常輕的引力子開始，一路往上。

但現(xiàn)在情況不同了！有了曲率，引力子就有了更大的自由度，可以為所欲為。這實(shí)現(xiàn)了兩件事：第一，我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^讓引力子溜走到額外維度來解決等級(jí)問題。第二，出現(xiàn)在我們這個(gè)宇宙角落的引力子現(xiàn)在可以具有非常高的質(zhì)量，從而能夠避開實(shí)驗(yàn)探測。

這是好消息，也是壞消息。好消息是，這使得額外維度這一套理論能夠在規(guī)避當(dāng)前實(shí)驗(yàn)限制的同時(shí)，解決等級(jí)問題。壞消息是……這使得額外維度這一套理論能夠在規(guī)避當(dāng)前實(shí)驗(yàn)限制的同時(shí)，解決等級(jí)問題。

目前，我們對(duì)于蘭德爾-桑德拉姆版本的大額外維度還沒有任何確切的限制。已有一些提案在探索，我們?nèi)绾文芡ㄟ^即將進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，制造出某些理論預(yù)測的最低質(zhì)量引力子，或者找到巧妙的方法，在遍布宇宙的各種高能過程（也就是爆炸）中看到這些引力子存在的證據(jù)。

我們會(huì)繼續(xù)認(rèn)真對(duì)待這個(gè)想法。但是，如果我們沒有看到任何額外維度存在的證據(jù)，或者當(dāng)前及未來的技術(shù)無法合理地獲取這些證據(jù)，那么無論這個(gè)想法多么吸引人，無論它能解決多少問題，無論它在你的朋友圈里聽起來有多酷——如果我們打算全力以赴，把這樣一個(gè)大膽的想法盡可能嚴(yán)肅地對(duì)待，那么我們也必須準(zhǔn)備好，在必要時(shí)放棄它。

我是認(rèn)真的。

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