人類所居住的世界通常被描述為一個三維的空間,或者說是一個四維的時空體系。儘管如此,科學家們長久以來都推測,在宇宙的結構中可能還隱藏著更高的維度。他們孜孜不倦地探尋著高維空間存在的跡象。
一種頗具前沿性的理論——量子引力理論,提出所有基本粒子都是由不停振蕩的能量弦所構成,這也是弦理論的基石。弦理論提出的是基於十維空間的模型,這與我們熟悉的三維空間大相徑庭。那麼,何謂高維空間呢?
要瞭解高維空間,不妨從維度的定義入手。線條,在幾何學術語中是一維的,它只具備長度這一維度。面則是二維的,涵蓋了長和寬兩個維度。線條垂直移動所形成的軌跡便是一個二維平面。
即所謂的“點累積成線,線累積成面”。同樣的道理,二維面通過移動也可形成我們所處的三維立體空間。三維空間具備長、寬、高三個維度,我們需要三組數據才能完整描述一個三維物體。
對於三維及以下的低維空間,我們容易理解。但對於更高維度的空間,人類的想像力似乎就捉襟見肘了。根據“低維物體通過運動產生高維空間”的理論,一個三維物體如果沿著除長寬高之外的維度移動,那麼便會產生四維空間。但這個額外的維度究竟存在於何處呢?
我們可以從光的擴散來嘗試理解這一難題。在三維空間中,光線亮度與距離的平方呈反比關係,這是因為光線照亮的區域隨著距離的平方而增大。然而,這一原理僅在三維空間內成立。例如在四維空間中,光線亮度與距離的三次方呈反比,在五維空間中與距離的四次方呈反比,以此類推,在十維空間中則與距離的九次方呈反比。
回過頭來審視弦理論,倘若把一個薄膜視作人類所處的三維空間,那麼諸如電子、誇克等基本粒子不過是固定在這薄膜上的弦,它們通過不同的振蕩模式形成了各種各樣的基本粒子。
根據量子引力理論,引力子,即傳遞引力的媒介,是閉合的弦。引力子的兩端並未固定在三維空間內,這意味著它們能夠自由地在多維空間中傳播,甚至可能洩漏到其他維度中去。
這有助於解釋為何引力在我們的日常生活中顯得如此之弱。我們實際感受到的僅是微乎其微的引力,大部分引力已逸散至其他維度。
引力到底有多微弱呢?每個人都可以輕鬆體驗到這種微弱的引力。一個成年人能毫不費力地托起一名嬰兒。而你托起嬰兒的過程中,實際上是在與地球對嬰兒的引力相抗衡,這足以證明引力的微小。你自己的力量足以與整個地球的引力抗衡!
那麼問題來了,其他維度究竟隱藏在哪裡?引力子是如何洩漏到其他維度的?
科學家們的分析表明,其他維度並非遙不可及,它們可能就存在於我們身邊,無處不在。只是因為它們過於微小,我們幾乎難以察覺。
以電線為例,從遠處看,它僅呈現為一維線條。但實際上,無論多麼細微的電線,它都是三維的。走近觀察一根電線,你會發現它並非簡單的線條,而是布滿了各種細微的紋理,其他維度就隱藏在這些不易覺察的細節之中。
科學家們相信,在微觀世界中的每一個點,都蘊藏著額外的維度。只有當我們足夠接近時,才能窺見那些隱藏的維度,就如同著名的“卡丘空間”所揭示的那樣,這個名字中的“丘”是為了紀念出生於香港的著名數學家丘成桐。
在現實世界中,我們如何才能揭示其他維度的存在呢?
科學家們一直在嘗試通過使用大型粒子對撞機,讓兩顆微觀粒子以接近光速的速度相撞,這樣的碰撞在瞬間產生的能量巨大,足以製造出引力子。
一旦引力子得以生成,科學家們便有可能在三維空間中觀測到它們,隨後引力子會悄無聲息地洩漏到不易察覺的其他維度。通過這一過程,科學家們便能揭示額外維度的所在,甚至可能找到通向這些額外維度的入口。