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為什麼引力這麼弱?真相藏在更高維度里

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在物理學界,我們對四維時空已經習以為常,也就是長、寬、高外加時間。但如果宇宙還藏著更多維度呢?

為了理解什麼是額外維度,物理學家常會提到弦理論。這是一套激進的觀點,認為萬物皆由極細微的弦振動而成。原子的屬性取決於這些弦如何顫動。然而,弦理論的測試難度極大,它需要額外維度的存在來安置那些捲曲的弦。

為了讓一般人理解高維度空間,人們常引用1884年的諷刺小說《平原》。書裡描述了一個生活在二維平面上的幾何圖形世界。對那些扁平的生物來說,它們看彼此只是線條。但一個三維世界的生物,例如人類,卻能從上方俯瞰它們的內臟,甚至把它們從平面中拎出來。推而廣之,如果存在更高維度的生命,它們或許也能看透我們的身體,或是將我們拉出熟悉的時空。

這種想法不僅僅是科幻。額外維度能解決物理學中的一些頑疾。最典型的例子就是引力。與其他基本力相比,引力微弱得不可思議。 科學家推測,引力可能洩漏到了其他維度中,所以我們在三維空間感知的力量才如此有限。最近關於暗能量的新測量也顯示,暗能量可能隨時間減弱。如果額外維度的大小正在改變,這種變化就會滲透到我們感知的四維世界,影響宇宙的能量平衡。

一種名為膜世界的假說認為,我們的宇宙其實是一個五維超空間的邊緣。依照這種1999年提出的理論,我們熟知的基本粒子其實是五維弦的末端,而我們永遠無法看到弦的全貌。

那麼,這些維度在哪裡?它們可能像嵌套木偶中的小氣泡。有的維度很大,有的則物理性地收縮到極其微小,甚至比光子還細。雖然微小,但並非不可察覺。就像光線穿過帶氣泡的玻璃會產生畸變,當重力波穿過宇宙中的維度氣泡時,也會產生細微的形狀扭曲。

目前,來自重力波探測器、粒子對撞機甚至是普通天文望遠鏡的研究者們都在尋找這些蛛絲馬跡。雖然目前還沒有確切證據,但尋找本身就賦予了物理學實驗性的價值。如果真的發現額外維度,我們對宇宙及其演化規律的認知將會發生翻天覆地的變化。

離地球越遠的物體,受到的地球引力越小嗎?

(示意圖)

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