高维空间的入口可能已经打开

中子星的异常表现可能意味着空间中存在新的维度。

在1884年的科幻小说《平面国》中，二维生物被一个三维球体震撼。有趣的是，现在的人类物理学家们也在思考一个相关问题：宇宙中是否存在更多的维度？

对额外维度的系统性科学探索始于爱因斯坦的老师赫尔曼·闵可夫斯基，他意识到只有空间和时间的结合体——时空——才真实存在。这意味着宇宙实际上是四维的，不过其中一个维度是时间，而不是额外的空间维度。但空间会不会真的还有更多维度呢？

20世纪中叶开始，科学家们猜测宇宙可能比我们想象的更复杂。这种猜测源自一个出人意料的现象：引力的极端微弱。

引力和其他作用力相比，弱得不可思议。虽然其他作用力强度之间也有差异，但引力的强度只有其他力的万亿万亿分之一。这就好比拿一个原子和整个太阳系相比，根本不在一个量级上。

此外物理学中还有一个不解之谜：那就是基本作用力的强度为什么会是现在这样的一个不多不少的恒定值？

科学家相信，如果能弄清楚为什么引力特别弱，那么就有可能弄清楚其他作用力强度的来源。而答案或许就在额外的维度里。

1999年，丽莎·兰道尔教授提出了一个大胆的猜想：也许引力并没有我们想象的那么弱，它只是泄漏到了其它维度。就像《平面国》里的居民只能感知二维世界一样，我们可能也被困在一个“膜”宇宙中，而引力却可以向更高的维度逃逸。

通常认为，时空存在三个空间维度和一个时间维度。但在一些理论中，我们所在的宇宙隶属于一个更大的结构。这个结构被称为“体”。“体”宇宙包含额外的维度，可以分解为无数个四维时空的“膜”——我们的宇宙便是其中之一。

如果“膜”宇宙假说为真，那么我们完全无法想象宇宙究竟有多宏伟。

然而我们无法直接看见和体验“体”宇宙，因为我们宇宙中的一切，都被限制在“膜”内。而引力可能是例外，它能够突破“膜”的限制，在“体”宇宙中传播。而这可能也是它表现得那么弱的原因——它向“体”宇宙的渗透，导致它被稀释了。

理论上，额外的维度可以通过提供额外的能量源——物理学家称之为“暗辐射”——以及额外的压力源——称为“暗压力”——来显现。“暗辐射”好比一种看不见的光，可以携带和传输能量；而“暗压力”则是对抗通常引力内拉作用的额外支撑。这两者都是“修改引力论”中的新增项，是爱因斯坦广义相对论中所没有的。

我们无法在日常环境中验证这一理论。于是科学家们在宇宙中，找到了一个理想的天然实验室——中子星。

中子星是宇宙中大质量恒星死亡后留下的内核。它们的体积通常只有城市般大，质量却可以相当于整个太阳。中子星的密度高得不可思议：一立方厘米中子星物质的质量可以高达数亿吨。它们的表面引力如此之强，以至于在某些中子星上，光可以被迫围绕它们运行。

重要的一点是，理论上在这样的极端环境里，任何微小的引力异常都会被放大。而且，如果来自额外维度的“暗辐射”和“暗压力”真的能够改变引力机制，那么它们就有可能影响中子星的紧凑程度、散热效率，甚至内部结构。

事实上，有些中子星的表现也确实出奇地怪异。

2019年，LIGO引力波探测器发现了一个与黑洞合并的神秘天体：它的质量比理论上中子星可以达到的最高值还高，却又比最小的黑洞还小。虽然目前尚不能排除其他可能，但是计算结果已经表明，可以用存在额外的维度来解释这一现象。如果存在额外维度，那么引力的运作方式会因“膜”和“体”宇宙的相互作用而被改变，进而导致中子星获得额外的、无法解释的质量。

天文学家在观测由中子星组成的双星系统时，还发现了几乎规律但又略显异常的亮度波动。这可能是中子星与其周围物质之间的复杂引力相互作用引起的。但也有理论学家指出，“膜”和“体”宇宙的相互作用，也会改变引力的运作方式，进而产生这种特殊的节奏。

其实不仅仅是引力，其他基本作用力可能也会通过中子星向我们暗示存在额外的维度。

中子星磁场强度可达地球的千万亿倍，可以撕碎任何靠近的物质。随着中子星自转，这个超强磁场会产生电场，形成辐射束，从其轴线上喷射出去。

如果真的存在“膜”宇宙和“体宇宙”，那么这时磁场与电场的相互作用就会被削弱，它们的强度会减弱，进而辐射束也会比传统理论的预测窄。而这是可以通过观测加以证实的。

中子星的超强辐射喷流可能因为宇宙中存在我们尚未探测到的额外维度而变得比理论预测窄。

参考
Neutron Stars Hint at Another Dimension
https://nautil.us/neutron-stars-hint-at-another-dimension-1202180/
Braneworld Neutron Stars: Constraining Brane Tension with Observational Data
https://arxiv.org/pdf/2501.10730
Quasiperiodic oscillations in a strong gravitational field around neutron stars testing braneworld models
https://arxiv.org/pdf/0812.0720
Braneworld effects in plasma magnetosphere of a slowly rotating magnetized neutron starhttps://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0218271819501281
Quasi-periodic oscillations in low-mass X-ray binaries and constraints on the equation of state of neutron star matter
https://academic.oup.com/mnras/article/308/3/718/973461