在四大基本作用力里面,引力是相当微弱的,很明明显的例子就是,我们可以轻松举起一个物体,这个过程是在对抗整个地球的引力。相比之下,电磁力比引力强大很多,一个磁铁可以轻松吸起或推动一个物体远离地球。



为什么会这样?要解答此一疑问,我们得先深入探讨更根本的议题。

当代备受瞩目的量子引力理论将所有基础粒子视作弦上振动的能量,而这些弦存在于一个卷曲的九维或十维空间中,而非我们日常所体验的三维空间。那么,空间的维度究竟意味着什么?

线条作为我们熟知的几何形象,仅需其长度来描述,它是一维的体现。想象一下,高维物体的形成,就如同通过在某一低维物体中垂直于其伸展方向移动而得。就如同点的移动形成线一样,面的概念,同样为我们所熟知,拥有长度和宽度,需两次的测量才能明确,因此它是二维的体现。

如同由点生成线一样,我们可以通过线在垂直于其长度的方向上移动而得到面。体积作为我们生活中非常熟悉的概念,拥有长、宽、高三个维度,需要三次测量来描述,是三维的体现。与由线生成面相似,正方体、圆柱体和球体等三维物体可以通过正方形在长、宽之外的方向移动而形成。

随着维度的增加,概念将变得更为复杂。在数学上易于表述的高维物体,可以看作是立方体在长、宽、高之外的维度上移动形成。尽管我们的大脑难以形成直观的图像,但如何探知这些额外的维度呢?



我们可以从光的扩散行为入手。在三维空间中,光源的亮度会随着距离的平方反比下降,因为光所触及的面积与距离的平方成正比增加。但若在四维空间中,亮度的下降则是与距离的三次方反比;在五维空间中与距离的四次方成反比,以此类推,在十维空间中则与距离的九次方成反比。



现在回到弦理论中的弦,设想这些膜代表了我们所居住的三维空间,那么像夸克或电子这样的粒子实际上是两端被固定在这膜上的弦。而引力的媒介子——引力子,则是闭合的弦,其两端并没有束缚在我们的三维空间内,因此引力子可以自由地穿越其他维度,如同在我们的三维空间中一样。



这可能解释了引力为何如此微弱:我们实际上只感受到了引力的极小一部分,而大部分引力已经泄漏到了其他维度。那么,这些额外的维度隐藏在何处?



一个可能的解释是,这些维度无处不在,却极其微小。想象一根电线或弦,从远处看,它只是一维的线条。但当你靠近观察,小到甚至比电线的厚度还细,你就能轻易发现它实际上拥有更多的维度。

实际上,在最小的尺度上,每一点的空间都蕴含额外的维度。如果我们足够小,空间看起来就像是著名的“卡丘空间”,这一术语得名于出生在中国香港的著名数学家丘成桐。

像欧洲核子中心的LHC这样的加速器,能将质子和反质子加速到极高的能量并发生撞击,足够高的能量或许就能创造出引力子。一旦产生,我们可能会在三维空间中看到它们形成,并迅速无声地逃逸到隐藏的额外维度中去。

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