宇宙是否存在隐藏维度？第三篇：引力子塔

本文是"大额外维度"系列文章的第三部分。

为了检验这个想法，我想请你想象一下，把一张纸卷成一个紧密的圆柱体。或者，如果你手边正好有纸，在现实生活中做这个动作也行。这个类比无论哪种方式都成立。

管子的长边是我们真实、平常的维度之一——那个宇宙……发生各种事情的场所。卷起来的那一边则是额外的大尺度维度之一，可能大到一毫米，为了我们的讨论，这已经算是极其巨大了。

现在，想象让一个粒子沿着纸张的长度方向运动。假设它是一个无质量粒子，比如光子。如果管子只有一个维度，那么那个光子就会以光速沿着管子的长度方向运动，光子通常都这么做。

但如果那个光子能够进入这个额外维度，能够感知并穿越它，那么它在卷曲的管子里走过的路径就会不同。它就不会仅仅沿着长度方向运动，那也太无聊了。它还会在额外维度里一圈一圈地环绕。它的速度仍然是光速，但它的运动轨迹会包含那个额外的、隐藏的维度。

但站在我们的视角，额外维度是紧紧卷曲起来的（或许你特别特别擅长卷纸），我们根本看不到光子螺旋前进时的完整运动。我们只能看到它沿着长度方向的运动。从我们的视角看，光子现在的速度就低于光速了，因为它的一部分运动被藏进了我们感知不到的维度里。

任何运动速度低于光速的粒子必定具有质量。因此，如果光子能够进入额外维度，它们在我们看来就会像是普通的、有质量的粒子。但光子看起来是没有质量的，所以我们可以得出结论：光子无法进入额外维度。

那么引力呢？我们目前还没有引力的量子理论，但如果有的话，我们非常确信引力应该是由一种叫做"引力子"的无质量粒子来承载的。但如果引力子泄漏到了额外维度里，它在我们的观察中就不再是无质量的了。由于这种几何结构的影响，它在我们看来就好像有了质量。

不仅如此，我们还得把量子力学也加进来——既然要严肃对待这些天马行空的想法，当然少不了它。量子力学认为，每个粒子都伴有一个波。在管子的长维度方向上（在我们这个粗略类比里，这对应现实的普通维度），那个小小的引力子可以有任何它想要的波长，没有任何限制。但在那个卷曲起来的紧致维度里，波长必须刚好契合。它可以是整数倍的波长：一个整波长、两个、三个，依此类推。

将宇宙中的一个维度卷曲起来，这个行为会对任何能进入该维度的粒子产生一种量子效应。它的作用机制非常奇特：那个原本单一、无质量、只想过好自己的生活、自由地穿梭在所有额外维度中的粒子，被有效地"分裂"成了许多不同质量的粒子——每一种能恰好契合在卷曲维度周围的波长，都会对应一个粒子，就像吉他弦上的各个音符。

（这里我用"弦"作类比，但必须强调，我讲的可不是弦理论！）

而且远不止几个粒子，是无数个粒子！每个粒子有不同的波长和不同的质量。请记住，本质上仍然只有一个无质量粒子，但因为我们的视角受到了极大的限制（我们无法跟随粒子在额外维度中的旅行），所以我们看到的，反而像是无穷多个有质量的粒子。

这就是所谓的"引力子塔"，或者"卡鲁扎-克莱因塔"，赶时间的话也可以简称"塔"。

这意味着，我们现在有了一种工具，可以窥探宇宙的额外维度。抱歉，不是直接看到，我们仍然像地上的小蚂蚁，四处爬着找食物残渣。但这些额外的引力子现在可以……存在了。作为真实的粒子存在。它们有质量、有作用范围、有速度、有寿命。它们在现实世界中拥有实实在在的属性。

而最关键的是，这些引力子能够"溜走"，进入额外维度，就像你在粗制滥造的科幻电影里看到的那种廉价剧情：反派眼看就要被主角抓住了——嘿，他跑了，溜进另一个维度了。

顺便提一句，这里还有一点需要交代的专业术语。出于弦理论催生的各种极客式原因，我们通常的宇宙有时被称为"膜"（brane，如同membrane膜），而额外维度则被称为"体空间"（the bulk）。但我个人不太喜欢这套术语，因为它容易让人混淆，还得额外费脑筋去区分哪个是"膜"哪个是"体"，所以我就提这么多。

我们无法跟随引力子进入额外维度，但如果我们仔细地做"账目核对"，就能发现是否有东西"丢失"。当我们运行高能粒子对撞机实验时（相信我，这是我们绝对热衷做的事），某些反应就会产生这种引力子塔（听起来像是《指环王》里的东西，我扯远了）。这些引力子会带有质量、能量和动量，然后，它们就会溜走——它们天生就会这么做。

因此，当我们进行实验时，我们知道输入了多少质量、能量和动量，因为实验设计本身就是为了掌握这类信息；实验结束后，我们会发现质量、能量和动量有缺失，同样也是因为实验设计让我们能够探测到这些缺失。

如果这些数字对不上账，我们就有证据表明，引力子塔"偷走"了一些动量，并将其带入了额外维度。

未完待续……

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