人类所居住的世界,通常被理解为三维空间,或是有时被称作四维时空。然而,科学界对于空间的探索并未止步于此,他们推测,或许有更高的维度隐匿于我们熟知的三维之外,并孜孜不倦地寻找着高维空间的蛛丝马迹。
一个尖端的理论——量子引力理论,提出所有的基本粒子本质上是振动的能量弦,这也是弦理论的中心思想。该理论构建于一个十维度的宇宙模型中,这与我们习以为常的三维空间大相径庭。那么,何谓高维度空间呢?
让我们首先探讨维度的含义。从几何学角度看,线条只在一个维度上延伸,我们称之为一维。而平面则具备两个维度——长和宽。线条垂直移动的轨迹便构成了二维平面。
这即是俗语所说的“点动成线,线动成面”。相应地,二维平面通过特定方式的运动,则可形成我们所处的三维立体空间。三维空间拥有长度、宽度与高度三个维度,需要通过三次测量来描绘一个三维物体。
尽管三维及以下的空间维度易于理解,更高维度的空间却令人难以想象。若依照“低维物体运动产生高维空间”的逻辑,一个三维物体若在除长宽高之外的维度上移动,则应产生四维空间。但那额外的维度究竟藏身何处?
我们或许可以从光线的扩散现象着手理解。在我们的三维世界中,光线亮度与距离的平方呈反比关系,这是因为光线照射的面积随距离的平方而增大。然而,这一规律仅在三维空间适用。
例如,在四维空间中,光线亮度与距离的三次方呈反比;在五维空间中,亮度与距离的四次方成反比;而在十维空间中,则与距离的九次方成反比。
回到弦理论,若将一张膜视作人类所居的三维空间,则诸如电子和夸克等基本粒子,不过是两端固定在这膜上的弦,它们的振动方式差异造就了不同的基本粒子。
根据量子引力理论,引力的媒介——引力子,是闭合的弦,它们并未两端固定在三维空间,因此它们可以自由移动,甚至可能进入其他维度。
这样,我们便能解释引力为何如此微弱:我们感受到的仅是极小一部分引力,其余大部分已逸入其他维度。
引力究竟有多弱?每个人都能轻而易举地感受到微弱的引力作用。成年人举起一个婴儿毫不费力,在此过程中,你实际上是在与地球对婴儿的引力相抗衡,这足以说明引力的微弱。你自己,就能够抵抗整个地球的引力!
那么,高维空间究竟位于何处?引力子又是如何泄漏至其他维度的?
科学家推测,其他维度并不遥远,它们可能就在我们周围,无所不在。但由于它们极其微小,我们几乎难以察觉。
例如,若从远处观察一根电线,它仅呈现为一维线条;但实际上,无论电线多么细微,它都是三维的。走近观察,你会发现电线上的皱褶,那些隐藏着的额外维度,正是其中的奥秘。
科学家相信,在微观世界中,每一点都蕴含着额外的维度,只要我们足够靠近,便能揭示出这些隐藏的维度,正如著名的“卡丘空间”所述。
在现实世界中,我们如何寻找其他维度的存在呢?
科学家们试图通过大型粒子对撞机来揭示答案。让两个微观粒子以接近光速的速度相撞,在碰撞中产生瞬间巨大能量,甚至可能产生引力子。
如果引力子真的被创造出来,科学家们或许能够在三维空间中观察到它们,并目睹它们无声地泄漏至不易察觉的额外维度。在这个过程中,科学家们或许能够揭示额外维度的所在,甚至找到通往这些维度的大门!