***宇宙不止3度，我生活在高宇宙一膜上？***
撰文 - 尼·阿卡尼哈德（Nima Arkani-Hamed）、瓦斯·季莫普洛斯（Savas Dimopoulos）、吉·杜瓦利（Georgi Davli）
翻 - 王 2020年05月04日10:19
我可能生活在更高度空中的一膜上。在不久的，物理家可能探到自1毫米以下外的信。
是一很想像的理：宇宙可能有更高的度，而我生活的三宇宙，可能只是更高度空中的一膜。只有引力可以在外中播，因此，科家希望在不久的通探微小尺度上的引力效，宇宙的外度。
1884年，英作家埃德·A·艾勃特（Edwin A。 Abbott）出了典的文作品《平面》（Flatland： A Romance of Many Dimensions），中描述了一神奇的平面——家存在於二空中，它的民都是一些活生生的何形的人。的最後到，一三空的球形人到了平面，把一正方形人平面到了三世界。正方形人知道了三世界以後，他始猜，也有更大的四世界，而三空不了四世界中很小的一而已。
令人的是，上述情形代物理家所注的如出一：我的世界也被禁在一三的膜空，而膜空本身在一更高的空中，但和《平面》中描述不一的地方在於，正方形人是被神奇地了出，眼看到了三空，而代物理家需要探和明外空的存在——些外空的尺度甚至到了毫米量。
物理家已始探外度引力的影。假如外理是正的，科家希望在未的高能中，察到一些非常特的量子引力效，比如在中生短命的微型黑洞。外理基於弦的一些最新展，有可能解粒子物理和宇宙中的一些久疑。
物理家一直在理解宇宙中最常的力——引力。多理和弦等奇思妙想正是在背景下而生。然距牛提出有引力定律已有三多世，物理家是不能解，引力何比其他的力弱得多。子之有引力的大小，只有它之磁斥力的1/1043。引力然很弱，但是正比於量，宏物量很大，所以引力不容忽。
微弱的引力
如果子之的有引力和磁力一大，那子的量就要到在的1022倍。要生如此巨大量的粒子需要1019GeV（GeV，即109子伏）的能量，就是普朗克能量。此相的是另一物理量——普朗克尺度，它非常小，只有10-35米。普朗克能量非常巨大，超了前人最大加速器的功率，而相的普朗克尺度就太小了，也不能被前的探到。由於引力的大小在普朗克尺度上才磁力相，所以物理家一般，只有在普朗克尺度上，才能建立起一大一理。
在大功率加速器的助下，物理家察到了磁力和弱相互作用力（一原子之的力，它致了某些射衰的生）的一。能量所的尺度被弱尺度，它距普朗克尺度非常，因弱尺度是普朗克尺度的1016倍，明引力在是非常微弱。
另外，物理家通精心取模型中的，很好地解了弱尺度上的各，不能解何弱尺度和普朗克尺度相差如此殊。了能和果高度吻合，科家要模型的行很精的整，精度甚至到了1/1032，否的，量子效就破弱尺度的定性，把理推向普朗克尺度。
理物理家一直在思考於弱尺度和普朗克尺度的，他把它（hierarchy problem）。的核心可以，如何模型的尺度定在弱尺度——即10-19米（或者等於1000GeV的能量尺度）。此，物理家模型行了各推，其中最流行的方法是引入超。然到目前止加速器有察到任何超存在的直接，但是已有一些接的支持超理。例如在超理的框架下，把前的相互作用、弱相互作用和磁相互作用力外推到很小尺度，三力得一模一。果明，在超框架下，三力在10-32米尺度上一。尺度大是普朗克尺度的1000倍，但仍然法在粒子撞上被探到。
多空的引力
了解，近些年，物理家希望在弱尺度（10-19米）上改已有的粒子物理理，比如引入超等。理物理家也曾提行一完全不同的——改空、引力和普朗克尺度本身。自一世以前普朗克提出普朗克尺度的概念到在，物理家一直，很小尺度上的引力行和在日常尺度下是一模一的，然而，是一有的假而已。新的理正是起源於上述假的疑。
在牛的有引力公式面，引力反比於物之距的二次方。在宏尺度上，有引力定律非常成功，解了如地球著太在的一系列物理象。由於有引力很弱，在的只能在毫米尺度以上明有引力公式。我需要，有引力公式是否在普朗克尺度（10-35米）上也是成立的。
在三空，力和距的平方成反比是一件很自然的事情。假地球同向外空射引力，引力速播，在每刻所有引力的前端成一球面。球面的大小正比於它到地球距的平方。在我假有一外空度，在四的空，引力在四方向均播，前端形成的四球表面，正比於距的三次方，所以，四空中的引力反比於距的三次方。
在我的世界，科家有到引力的大小反比於距的三次方，但不排除存在外空度的可能，外度有可能曲在一很小的、半R的柱形空。引力源附近的在四方向上均、自由地播，的引力大小一定是反比於距的三次方，而一旦小的柱上了引力，引力只能在剩下的三空度里播了。也就是，在距大於R的地方，引力公式是和距的平方成反比的。
似的效也生在高的、半R的外曲空中。我假，在小於R的尺度上，有N曲的外，那此引力的大小反比於距的2+N次方。由於在人只能量毫米以上尺度的引力，所以如果曲的外空尺度R小於1毫米，它於引力定律的改是微乎其微的，超出了我目前的能力。一旦引力大小和距的2+N次方成反比，引力就能在大於10-35米的尺度上，到原先普朗克尺度言的大小。句，2+N的反比使得普朗克尺度不必要那的小，而也得到了很大的解。
了底地解，物理家引入了足多的外曲空度，普朗克能量就非常接近弱能量了。此引力和其他的相互作用力，在10-19米的尺度上一，和大一理言的，各力在10-35米尺度上一，大不相同。外度的多少取於些外曲半的大小，反，一旦固定了外的量，我就可以算出外的曲半R的大小。假如空只有一外，那曲半R大概相於地球到太之的距，然不可能，在的已排除了可能；如果是外度，它的曲半R正好略小於在的精度，所以我不能排除，空有外度的假。更多外度的引入使它的曲半一步降低，例如，七外度的曲半10-14米，和原子核的大小差不多。於日常生活，尺度已足小了，然而於粒子物理而言，它是非常巨大的。
外理正？
也有人，如果外的尺度真的那大，那我什看不到它呢？然人在不能到毫米尺度上的引力效，但科家已在10-19米尺度上，成功到了其他力。些果都表明，我的空是三的，那，什有可能存在外的空度呢？
的答案非常且特：在外理，所有的物以及除了引力以外的其他力，都被禁在一膜空上。子、子、光子以及所有其他模型粒子，都不可能在外里面播，包括磁。三的膜空禁了除引力以外的所有物，致我一直以宇宙空就只有三。事上，只有引力可以入那些外的度，句，那些外度只引力的播子——引力子，是放的。科家只有通引力效，才能感知些外度的存在。
地球的引力可以理解成，地球向三空中射出引力。地球越，引力越弱，是因距地球越，引力前端覆的面就越大。在三空中，因引力前端覆的面和距的平方成正比，所以引力的大小和距的平方成反比。
物理家在提出一新理後，都其行仔，把新理的各言和已有的果做比。外理改了引力在宏尺度上的行，以及其他一些高能物理，些很大，原上很容易被排除。不管怎，外理有背所有已知的果。
首先，如果外理改了引力的行，那，不影引力把物聚合在一起的能力，比如，影星和星系的聚合？上，心是多的，外理只是改了引力在毫米尺度以下的行。所以在星系大的尺度下，引力是可以把物吸引在一起，形成星等各天。
理物理家外理的其他推行了，它都和吻合。在所有的面，超新星的出的束最，而且科家，外度越多，束就越弱。端情下，如果只有一外度，那外的曲尺度，大是地球到太的距。然是背的。反之，如果外度越多，引力改的效越分散，使得外空的曲尺度都不是很大，而符合宏上的各引力果。就是什增加的外度越多，理的精度就越高。
未的撞
外理言，引力的作用在1012子伏能量上更。既可以解，又使得理本身更容易在粒子物理加速器上得到。假如弦能正描述量子引力理，那引力子是像小提琴弦一振的弦。在弦面，已知基本粒子的弦不振，似於弛的琴弦。弦振所生的各“音符”，都著一未被的新粒子。在的弦中，弦的尺度大在10-35米左右，在此尺度下，弦振生的新粒子的能量，可以到普朗克能量的量，超出了有的能力。如果考到外理，些弦的尺度就可以提高到10-19米的量，此由弦振生的新粒子的能量只有1012子伏左右。同，外的存在，也降低生微型黑洞的能量。所以在加速器上也有可能生微型黑洞。
即便加速器上的能量不能生振的弦和微型黑洞，但也生出大量的引力子。然撞不能直接探到引力子，但是生的引力子走一部分能量，示出能量失。外理言的能量失大小，著碰撞能量的不同而化。根一性，科家可以分是引力子走了能量，是由其他未知粒子造成了能量失。有高能加速器的，可以外理出一初步束。未的加速器，有可能引力子，而外空度。
大量的星向塌生超新星，向外放出大量波。科家一般些能量是被中微子走的（中所示）。假如存在外，那射出的引力子（中）把更多的能量到外空中去。如果引力子走了太多的能量，超新星就不能形成，所以理物理家可以通超新星的，外模型的性置一束。
粒子加速器中的高能子（中所示）碰撞在一起的候，有可能生微型的黑洞。些黑洞以霍金射的形式，向外放出模型粒子（中所示）和引力子（中所示），而很快蒸掉。 其他一些也可能外理，甚至的果比撞上的果得更快。了解，前文中提到的外的曲尺度要到毫米量。在尺度上，引力的大小就是反比於距的四次方，而不是牛有引力面反比於距的二次方。科家在毫米及其以下尺度上，通探索引力的行，能是否存在外的空度。在外里面，距小於一毫米的物之生的排斥力，是引力的100倍。了察到上述可能的象，科家用精密探器，探厘米到十微米上的引力行。
了探毫米及其以下尺度上的引力行，科家除了要求探象的尺度不能大於一毫米外，要求它的量都很小。所以，些必到很高的精度，能剔除各可能的差。盛大的科家已在1/5毫米的尺度上，量了引力的行，有引力定律的言做了比，者十分吻合，有偏。因此，如果存在外，那些外的曲尺度必要小於五分之一毫米。在更多的科家正在努力提高精度，希望以此外。
就像河不是宇宙中唯一的星系一，我的宇宙也可能不是高空中的唯一宇宙。可能有更多的三空禁在其他膜空上，些膜空平行於我宇宙所在的膜空，中隔著一毫米的外空度。似地，然所有已知的模型粒子都被禁在我膜空上，但不排除有其他新粒子可以入到外空。外空不一定是真空的，它甚至可能有很而有趣的部。
如果外中存在新粒子，很有可能解多存的粒子物理和宇宙。例如，中微子的量起源。久以，中微子都被是有量的，然而近些年的，了中微子具有一小但非零的量。在外理面，中微子可以和它在外里面的伙伴粒子相互作用，而使自身得量。中微子的伙伴粒子也可以在外里面播，所以夥伴粒子生的力很快被稀，致了中微子的量非常的小。
平行宇宙
宇宙中另一就是暗物。暗物宇宙中所有物量的90%，然不可，但科家可以通引力效到它。在外理，暗物被是在其他平行宇宙中的物。由於引力可以自由地在外中播，所以人通引力，能其他平行宇宙的物，但是光子被禁在膜空上，所以其他平行宇宙的光子，不可能通外播到我地球上，所以我看不它。
在我宇宙之外，可能存在著很多平行宇宙。每宇宙都在自己的膜空上，相膜空可以只距一毫米。些平行宇宙也可以理解是我的宇宙折形成了很多的。在平行宇宙理中，理中所的暗物，其就是位於相平行宇宙上的星和星系。平行宇宙中星和星系生的引力（中所示），可以通外捷，到我地球，但是由星和星系生的光（中所示）只能沿著膜空播，至少需要十光年的，才有可能到我地球。
些平行宇宙可能和我的宇宙完全不同，它有著不同的粒子和力。平行宇宙所在的膜空，可能有更少或者更多的空度，但也不排除我的宇宙和其他平行宇宙，是在同一膜空上的，只是膜空回回被折了很多次，形成了很多的，每之都隔著薄薄的外。然外可能只有一毫米那厚，但是不同上面的物（也就是不同平行宇宙中物）其隔得非常：因光不能入外，所以光只能沿著折的膜空播信息，就需要很久的。如果膜空的摺痕之的距到百光年，超了我宇宙的年，那我在看不到自其他平行宇宙的光。
我目前所之的暗物，在外理，可能就是由普通物成的，比如其他平行宇宙中的星星系。平行宇宙中的星也可以出一些信——比如超新星爆放出的引力波。我希望，引力波探器可以宇宙中可物以外的其他巨大的引力波射源，找折的。
自1998年以，科家我的理做了大量改和展，但是基本的想法，是基於存在外的空度以及我的宇宙是被禁在一膜空上的假。哈佛大的莎·道（Lisa Randall）和翰斯·霍普金斯大的曼·德拉姆（Raman Sundrum）提出了一有趣的想法，他引力自身也被禁在五空的一膜空上，膜空在各方向上都是限大。由於我和引力在不同的膜空上，所以我世界的引力作用很弱。
回去，了解和理解何引力如此的弱，理物理假普朗克尺度是一基本的物理量，大小在10-35米左右，而在10-19米的弱尺度上必引入新物理。在情下，量子引力的尺度是很小，不能被所，仍然是未解之。我的工作就是，假存在外的空度，在未的中，科家有可能在6×10-5米尺度上，引力行有引力的言不一致。家量子引力和弦的，有助於解困了我300年之久的引力。我希望可以明地知道，何引力如此之弱。不如此，也我，自己也不是生活在一“平面”里而已——我的世界被禁在一膜空上，只有引力可以在所有空面自由播。
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