宇宙中是否存在隱藏維度？第四篇：放眼宇宙之外

本文是關于大額外維度系列的第四部分。

于是我們做了那些實驗。結果一無所獲。迄今為止，我們在世界各地進行的各項實驗中，既沒有發現動量缺失的證據，也沒有看到引力子塔樓滑入隱藏維度的跡象。

和物理學中通常的情況一樣，這并未徹底否定這個想法。它只是限制了額外維度可能有多大。如果額外維度非常小，那就意味著我們當前的對撞機還無法達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。幾十年來，聰明的物理學家們設計了一系列可以在單個實驗臺上完成的實驗，來精確測量引力的強度。既然引力可以逃逸到額外維度中，那么當你越接近那些維度存在的地方，就應該會觀測到一些偏離經典牛頓引力的現象。

我們還可以把目光投向宏大尺度。我知道我們有各種 fancy 且昂貴的粒子對撞機，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，能讓大型強子對撞機顯得像個玩笑，并且理應產生數量龐大的大質量引力子。這些產生的引力子會被超新星爆發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，這些引力子也不會永遠存在。它們衰變時會提供自身的熱量和輻射源，這會在中子星發出的光中表現為一種獨特的信號。

把這些證據綜合起來，我們就能對大額外維度的可能大小施加相當嚴格的限制。對于較少數量（例如兩個）的額外維度，我們談論的尺度只有百分之一納米。對于更多數量的額外維度（比如五六個），它們甚至必須更小。這遠比當初承諾的"大"額外維度要小得多。這給整個想法澆了一大盆冷水。這個理論的全部意義在于消除等級問題（可能會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，要將普朗克統一能量標度降下來，唯一的辦法就是讓大額外維度……嗯，確實很大。

但現在我們知道它們其實沒那么大，這并沒有真正解決等級問題。

那么，我們這就結束了嗎？還沒有。

所有這些計算、假設和檢驗都基于一個由尼馬·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，同時又自身蜷曲起來呢？這是因為圓柱體和甜甜圈在幾何上是平直的（例如，平行線保持平行），但拓撲結構不同。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·桑德拉姆對舊的平直空間模型進行了修改。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，這現在是我最喜歡的術語行話之一）的行為方式。整個塔樓是建立在引力子波長在環繞額外維度時必須契合這一基礎之上的。這便將單個無質量引力子轉變成了大量（讀作：無窮多）有質量引力子，從非常輕的引力子開始，一路往上。

但現在情況不同了！有了曲率，引力子就有了更大的自由度，可以為所欲為。這實現了兩件事：第一，我們仍然可以通過讓引力子溜走到額外維度來解決等級問題。第二，出現在我們這個宇宙角落的引力子現在可以具有非常高的質量，從而能夠避開實驗探測。

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避當前實驗限制的同時，解決等級問題。壞消息是……這使得額外維度這一套理論能夠在規避當前實驗限制的同時，解決等級問題。

目前，我們對于蘭德爾-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，我們如何能通過即將進行的實驗，制造出某些理論預測的最低質量引力子，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。

我們會繼續認真對待這個想法。但是，如果我們沒有看到任何額外維度存在的證據，或者當前及未來的技術無法合理地獲取這些證據，那么無論這個想法多么吸引人，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，把這樣一個大膽的想法盡可能嚴肅地對待，那么我們也必須準備好，在必要時放棄它。

我是認真的。

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