2.隱藏的維度
50%的實現可能
隱藏的維度
世界上最大的粒子對撞機或能揭示更多的空間維度。
撰文 喬治·馬瑟(George Musser)翻譯 龐瑋
想不想把手伸進第四維空間？在那里你能掙脫三維幾何的枷鎖。亂如麻的各種線纜從此不再讓你絕望；寵物狗咬壞了你的右手手套，你可以把左手的翻過來給右手戴；牙醫不需要在牙上鉆孔，甚至不需要你張嘴，就可以完成根管治療。
額外的維度看起來確實神奇，而且它們可能真的存在。從相對較弱的引力(引力是 4種基本相互作用力中最弱的一種)，到看起來各不相同的粒子和作用力之間的深層聯系，這個世界的眾多謎團都讓人覺得，我們所認識的宇宙只不過是一個更高維實在的投影。果真如此的話，瑞士日內瓦附近的大型強子對撞機(Large Hadron Collider，LHC)將粒子撞碎而釋放出的能量，或許就足以使粒子脫離三維空間的束縛，讓我們一窺神奇的高維世界。
美國麻省理工學院的宇宙學家馬克斯·泰格馬克(Max Tegmark)說，若能證實額外維度的存在，“目前對‘實在’的所有認識將被顛覆”。他曾在 1990年編寫過一個四維空間版的俄羅斯方塊游戲，用來體驗額外維度是個什么樣子。(游戲中你要同時在四維空間的各個不同三維切片中控制下落的方塊。)
在現代物理學理論中，額外維度的主要理論基石是超對稱(supersymmetry)概念，它試圖將各種不同類型的粒子統一在一個大家庭里。要實現這種統一，超對稱需要空間總共具有 10個維度。我們之所以覺察不到三維之外的其他維度，要么是因為這些維度非常細小，要么是因為我們本身被限制在一個三維的膜上，猶如趴在葉片上的一條毛蟲，只能在葉片上爬來爬去。
當然，不是所有的大統一候選理論(unified theory)都要求有額外維度。所以能否發現這些維度就將成為一個分水嶺。“這能讓我們集中在最有可能的理論上，”以研究三維膜理論而聞名的哈佛大學物理學家莉薩·蘭多爾(Lisa Randall)說。增大粒子加速器的能量是接觸這些額外維度的方法之一。按照量子力學定律，一個粒子能量越高，它的尺度就越小，1 TeV(1012電子伏特)對應的尺度大約是 10-19米，如果某個額外維度有這么大，這個粒子就會落入這個維度，并開始振蕩。
1998年，美國密歇根大學安阿伯分校的物理學家戈登·凱恩(Gordon Kane)猜想，兩個質子在 LHC中對撞產生出電子和其他粒子，它們的能量既有可能是1TeV，也有可能是 1TeV的整數倍，例如 2TeV或 3TeV。如果觀察到了這種能量倍增現象，這就說明撞擊導致了粒子在額外維度中發生振蕩。除此之外，不論是常規的粒子過程，還是暗物質粒子之類的奇異過程，都無法作出解釋。
額外維度還可能通過其他方式暴露蹤跡。如果 LHC制造出了亞原子尺度的黑洞，就能直接證明額外維度存在，因為三維空間中的常規引力在如此之小的尺度上極度微弱，根本無法產生黑洞。由于幾何上的原因，額外維度可能增強引力的作用，也有可能改變電磁力等其他基本力在小尺度范圍內的作用方式。額外維度還決定了超對稱性如何發揮作用，從而有可能在粒子的質量和其他性質中留下獨特的印跡。除了LHC，測量引力強度、觀測黑洞或爆炸恒星運行軌道等其他手段，或許也能幫助科學家找到額外維度的蛛絲馬跡。
一旦發現額外維度，面臨變革的不僅有物理學，還有與之相關的所有法則。額外維度或許可以解釋宇宙加速膨脹之類的一些謎題，甚至可能成為重新定義整個維度概念的序幕——因為它進一步強化了科學家日漸萌生的一個猜測：這個世界本質上既不存在空間也不存在時間，空間和時間都是從一些物理學原理中涌現而來的。
“因此，盡管額外維度會是一個讓人震驚的發現，”美國新澤西州普林斯頓高等研究院的物理學家尼馬·阿爾坎尼－哈米德(Nima Arkani-Hamed)說，“但在更深的層次上，額外維度的概念并非特別基本。”
雖然額外維度對物理學家來說魅力無限，作為普通人的我們卻永遠無法造訪。如果構成我們身體的粒子可以隨意造訪這些維度，額外的運動自由度會使包括生命在內的復雜結構變得不再穩定。杯具啊，絞成一團的耳機線和疼痛難忍的牙鉆孔，竟然是為了保證我們得以存在而必須付出的代價。
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