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北京科协我们生活在高维宇宙的一张膜上？( 四 )



北京科协我们生活在高维宇宙的一张膜上？
本文插图

大质量的恒星向内塌缩产生超新星,并向外放出大量冲击波 。 科学家一般认为这些能量是被中微子带走的（图中蓝线所示） 。 假如存在额外维 ， 那么辐射出的引力子（图中红线）将会把更多的能量带到额外空间中去 。 如果引力子带走了太多的能量 ， 超新星就不能形成 ， 所以理论物理学家可以通过超新星的观测数据 ， 给额外维模型的性质设置一个约束 。

北京科协我们生活在高维宇宙的一张膜上？
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当粒子加速器中的两个高能质子（图中黄线所示）碰撞在一起的时候 ， 有可能产生微型的黑洞 。 这些黑洞会以霍金辐射的形式 ， 向外释放出标准模型粒子（图中蓝线所示）和引力子（图中红线所示） ， 从而很快蒸发掉 。
其他一些实验也可能证实额外维理论 ， 甚至这类实验的结果比对撞机上的结果来得更快 。 为了解决层级问题 ， 前文中提到的两个额外维的卷曲尺度要达到毫米量级 。 在这种尺度上 ， 引力的大小就是反比于距离的四次方 ， 而不是传统牛顿万有引力里面反比于距离的二次方 。 科学家在毫米及其以下尺度上 ， 通过设计实验探索引力的行为 ， 能够证实是否存在额外的空间维度 。 在额外维里面 ， 距离小于一毫米的两个物体之间产生的排斥力 ， 将会是引力的100万倍 。 为了观察到上述可能的现象 ， 科学家用精密探测器 ， 探测从厘米到几十微米上的引力行为 。
为了探测毫米及其以下尺度上的引力行为 ， 科学家除了要求探测对象的尺度不能大于一毫米外 ， 还要求它们的质量都很小 。 所以 ， 这些实验必须达到很高的精度 ， 能够剔除各种可能的误差 。 华盛顿大学的科学家已经在1/5毫米的尺度上 ， 测量了引力的行为 ， 并与万有引力定律的预言做了对比 ， 两者十分吻合 ， 没有偏离 。 因此 ， 如果存在额外维 ， 那么这些额外维的卷曲尺度必须要小于五分之一毫米 。 现在更多的科学家正在努力提高实验精度 ， 希望以此发现额外维 。
就像银河系不是宇宙中唯一的星系一样 ， 我们的宇宙也可能不是高维空间中的唯一宇宙 。 可能还有更多的三维空间禁锢在其他膜空间上 ， 这些膜空间平行于我们宇宙所在的膜空间 ， 中间隔着一毫米的额外空间维度 。 类似地 ， 虽然所有已知的标准模型粒子都被禁锢在我们这个膜空间上 ， 但并不排除会有其他新粒子可以进入到额外维空间 。 额外维空间并不一定是真空的 ， 它们甚至可能有很复杂而有趣的内部结构 。
如果额外维中存在新粒子 ， 这将很有可能解释许多现存的粒子物理和宇宙学难题 。 例如 ， 中微子的质量起源问题 。 长久以来 ， 中微子都被认为是没有质量的 ， 然而近些年的实验 ， 证实了中微子具有一个极小但非零的质量 。 在额外维理论里面 ， 中微子可以和它在额外维里面的伙伴粒子相互作用 ， 从而使自身获得质量 。 中微子的伙伴粒子也可以在额外维里面传播 ， 所以伙伴粒子产生的力很快被稀释 ， 这导致了中微子的质量非常的小 。
平行宇宙
宇宙学中另一个谜团就是暗物质 。 暗物质占宇宙中所有物质质量的90% ， 虽然不可见 ， 但科学家可以通过引力效应观测到它们 。 在额外维理论里 ， 暗物质被认为是处在其他平行宇宙中的物质 。 由于引力可以自由地在额外维中传播 ， 所以人们通过引力观测 ， 能够发现其他平行宇宙里的物质 ， 但是光子被禁锢在膜空间上 ， 所以其他平行宇宙里的光子 ， 不可能通过额外维传播到我们地球上 ， 所以我们看不见它们 。

北京科协我们生活在高维宇宙的一张膜上？
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在我们宇宙之外 ， 可能存在着很多个平行宇宙 。 每个宇宙都处在自己的膜空间上 ， 相邻两个膜空间可以只距离一个毫米 。 这些平行宇宙也可以理解为是我们的宇宙折叠形成了很多的层 。 在平行宇宙理论中 ， 传统理论中所说的暗物质 ， 其实就是位于相邻平行宇宙上的恒星和星系 。 平行宇宙中恒星和星系产生的引力（图中红线所示） ， 可以通过额外维这个捷径 ， 传到我们地球 ， 但是由恒星和星系产生的光（图中黄线所示）则只能沿着膜空间传播 ， 这至少需要数十亿光年的时间 ， 才有可能到达我们地球 。


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