宇宙是否存在隐藏维度？第二篇：等级问题

这是关于大额外维度系列文章的第二部分。

哦，是的，它们完全可以，这就是为什么我要专门围绕这个话题写一个系列。大额外维度可能解决的问题被称为"等级问题"，它是现代物理学中最棘手的突出问题之一。

事情是这样的。自然界有四种基本力。其中三种——电磁力、强核力和弱核力——强度大致相同。其实并非如此，它们实际上彼此之间相差许多个数量级。但算得上接近吧。然后还有引力。引力是如此之弱，以至于就算给它加上数十亿、甚至数万亿倍的强度，它仍然会是这些力中最弱的。

换一种说法。我们在20世纪中期发现，在高能量下，我们可以将其中一些力合并在一起，从而认识到这些自然力彼此之间是多么的不协调。

大约在246 GeV的能量下，电磁力和弱核力会合并为单一的力，恰当地称之为"弱电力"。这就是让这两种力统一所需达到的能量。然而，如果你想让引力也加入这个派对，那么你需要一直提升到普朗克能量，它比弱电力要强一万亿倍。

是的，还有强力和大统一理论（GUT）的统一能标，它并不比普朗克能标小多少，但我们目前不讨论那个。我们真正、真正感兴趣的是弱力和引力之间的差异，因为我们知道是什么导致了电磁力和弱力的分离，那就是希格斯玻色子。我们不知道强核力是如何或为何分离出去的，所以我们将把它留作子孙后代的家庭作业。

所有这些都是一种迂回的方式，重申引力比它应有的强度弱得多。好吧，很好，那么大额外维度如何解决这个问题呢？

嗯，如果引力实际上并没有那么弱呢？或者换句话说，如果普朗克尺度的统一能量实际上没有那么高呢？如果它们只是在我们看来、从我们的视角显得那样呢？

如果宇宙不仅仅是我们看到的宇宙呢？如果我们所谓的宇宙——包括它的恒星、星系以及所有那些纷繁事物，以及支配和引导所有这些事物的自然力——只存在于我们通常的三个空间维度中呢？但是，如果存在另一个维度呢？嗯，通常我们不会注意到，因为宇宙的所有"东西"都被限制在正常的三个维度里。就像想象我们是地板上的蚂蚁。我们在两个维度中拥有所需的一切：气味轨迹、掉落的食物碎屑、可以称之为家的蚁群。我们所有的物质存在都包含在两个维度内，我们无法感知第三个维度，甚至没有方法触及它。

但也许引力是不同的。也许引力可以"溢出"到第四维度。也许由于某种特殊原因，引力得以遍布宇宙的所有维度，而其他所有事物都被限制在"地板"上。

这是个疯狂的想法，而在物理学中，我们就是爱疯狂的想法。但我们总是会认真对待它们。这个想法可以解释为什么引力如此之弱。它在所有额外维度中被稀释了，所以只有一部分伸展到我们正常的三个维度中（抱歉，时间维度，在这个故事里你不会是主角）。就像用来蘸面包的橄榄油不够多一样，我们感受到的引力强度就有点干巴巴、硬邦邦的。大部分的引力都被浪费掉，涌入了隐藏的、无法触及的维度。

另一种说法是，也许普朗克能量标度比看起来要"正常"得多。但这只是在整个宇宙的完整尺度上——包括它所有多维度的荣耀。而对我们来说，因为我们只能看到和体验到完整宇宙的一个薄薄的横截面，所以普朗克标度才显得如此之大。

为什么是引力，而不是其他力？嗯，首先，这是让这个想法成立的唯一方式，因为如果其他力也能体验到额外维度，那我们早就该看到了。但引力是特殊的。我们知道引力是时空对物质和能量存在的响应（谢谢阿尔伯特！），所以也许它拥有一些超能力，使其区别于其他自然力。

我们到底在谈论多少个维度？卡鲁扎和克莱因通过引入一个额外维度奠定了基础，然后弦理论学家们引入了更多维度，玩得很开心。所以，也许只有一个额外维度。或者也许有一打。我不知道，我们会想办法去验证它。

那么，这些所谓的"大"额外维度到底有多大？它们不可能大到我们已经能在实验中看到它们。所以它们必须至少小到足以逃避探测。为了让维度的大小处于下一代粒子对撞机的探测范围内，它们的尺度必须在十分之一毫米左右。

十分之一毫米！这并不比你头上的头发细多少！是的，这很小，但这远比普朗克尺度大得多。我们之所以没有注意到这个紧凑、卷曲的维度以毫米尺度存在于宇宙各处，唯一的理由是只有引力能体验到它。

但我们将认真对待这个疯狂的想法。我们已经看到了它如何能解决一个问题。我们已经看到了它如何与我们世界观的其余部分联系起来。现在我们需要想办法去验证它。

未完待续...

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