宇宙中是否存在隐藏维度？第四篇：放眼宇宙之外

本文是关于大额外维度系列的第四部分。

于是我们做了那些实验。结果一无所获。迄今为止，我们在世界各地进行的各项实验中，既没有发现动量缺失的证据，也没有看到引力子塔楼滑入隐藏维度的迹象。

和物理学中通常的情况一样，这并未彻底否定这个想法。它只是限制了额外维度可能有多大。如果额外维度非常小，那就意味着我们当前的对撞机还无法达到制造那些引力子塔楼所需的能量。

但还有别的方法可以试探这一点。几十年来，聪明的物理学家们设计了一系列可以在单个实验台上完成的实验，来精确测量引力的强度。既然引力可以逃逸到额外维度中，那么当你越接近那些维度存在的地方，就应该会观测到一些偏离经典牛顿引力的现象。

我们还可以把目光投向宏大尺度。我知道我们有各种 fancy 且昂贵的粒子对撞机，但就制造真正巨大爆炸的原始能力而言，没有什么能比得上大自然本身。一场典型的超新星爆发，能让大型强子对撞机显得像个玩笑，并且理应产生数量庞大的大质量引力子。这些产生的引力子会被超新星爆发后残留的中子星捕获。

但是，即使在中子星温暖舒适的怀抱里，这些引力子也不会永远存在。它们衰变时会提供自身的热量和辐射源，这会在中子星发出的光中表现为一种独特的信号。

把这些证据综合起来，我们就能对大额外维度的可能大小施加相当严格的限制。对于较少数量（例如两个）的额外维度，我们谈论的尺度只有百分之一纳米。对于更多数量的额外维度（比如五六个），它们甚至必须更小。这远比当初承诺的"大"额外维度要小得多。这给整个想法浇了一大盆冷水。这个理论的全部意义在于消除等级问题（可能会代之以更棘手的问题，比如为什么只有引力才能感知额外维度，但这里我们先一件件事慢慢来）。然而，要将普朗克统一能量标度降下来，唯一的办法就是让大额外维度……嗯，确实很大。

但现在我们知道它们其实没那么大，这并没有真正解决等级问题。

那么，我们这就结束了吗？还没有。

所有这些计算、假设和检验都基于一个由尼马·阿尔卡尼-哈米德、萨瓦斯·迪莫普洛斯和吉亚·德瓦利在1998年提出的模型。他们的模型假设额外维度在空间上是平直的。但维度怎么既能是平直的，同时又自身蜷曲起来呢？这是因为圆柱体和甜甜圈在几何上是平直的（例如，平行线保持平行），但拓扑结构不同。所以这完全讲得通，而且甜甜圈很好吃。

但是，如果额外维度不是平直的呢？我知道我们的空间维度似乎是平直的，但谁说过额外维度必须遵守同样的规则？它们是额外的，它们可以为所欲为。

1999年，丽莎·兰德尔和拉曼·桑德拉姆对旧的平直空间模型进行了修改。他们提出，嗯，如果额外维度具有很大的曲率呢？

这种额外维度的曲率改变了引力子塔楼（顺便说一句，这现在是我最喜欢的术语行话之一）的行为方式。整个塔楼是建立在引力子波长在环绕额外维度时必须契合这一基础之上的。这便将单个无质量引力子转变成了大量（读作：无穷多）有质量引力子，从非常轻的引力子开始，一路往上。

但现在情况不同了！有了曲率，引力子就有了更大的自由度，可以为所欲为。这实现了两件事：第一，我们仍然可以通过让引力子溜走到额外维度来解决等级问题。第二，出现在我们这个宇宙角落的引力子现在可以具有非常高的质量，从而能够避开实验探测。

这是好消息，也是坏消息。好消息是，这使得额外维度这一套理论能够在规避当前实验限制的同时，解决等级问题。坏消息是……这使得额外维度这一套理论能够在规避当前实验限制的同时，解决等级问题。

目前，我们对于兰德尔-桑德拉姆版本的大额外维度还没有任何确切的限制。已有一些提案在探索，我们如何能通过即将进行的实验，制造出某些理论预测的最低质量引力子，或者找到巧妙的方法，在遍布宇宙的各种高能过程（也就是爆炸）中看到这些引力子存在的证据。

我们会继续认真对待这个想法。但是，如果我们没有看到任何额外维度存在的证据，或者当前及未来的技术无法合理地获取这些证据，那么无论这个想法多么吸引人，无论它能解决多少问题，无论它在你的朋友圈里听起来有多酷——如果我们打算全力以赴，把这样一个大胆的想法尽可能严肃地对待，那么我们也必须准备好，在必要时放弃它。

我是认真的。

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