万有引力定律在量子宇宙中失效

　　如何从引力中寻找更高的维度？物理学家将致力于将相对论引力理论和量子力学融合在一个理论的框架中，已产生了很多稀奇古怪的理论构想，高维度理论是其中的一个。人们可以确信一个由三维的空间和一维的的时间构成的时空世界。四维时空可能是多维度时空的一个范例，仅占时空总维度的一个部分。弦理论的物理模型包含了十一个维度，额外的维度不是多余选项，而是弦理论在数学的必选项，只有设置更多的空间维度，人们才能实现引力理论和量子力学完美融合，然而，人们禁闭在四维的时空，好似井底之蛙的人们如何探测更高的维度？也许从引力的作用方式可以找到高维度存在的证据，如果引力有突破维度障碍的特性，那么引力不会束缚在人们习以为常的时空维度，而是在不同的时空维度中穿梭。
　　爱因斯坦创立的广义相对论并不支持高维时空的概念，除了广义相对论持有的反对观点，牛顿的经典力学以四维时空为基础，万有引力理论表述了平方反比定律：引力大小与物体之间距离的平方正反比。虽然牛顿也对引力大小与两个物体之间距离的关系式表示过强烈怀疑的态度，但找不到精确证明的方法。广义相对论刻画的平方反比关系与时空的几何结构有关，在一个由三维空间和一维时间构成的时空世界，引力在近距离上遵循平方反比关系，假如宇宙存在更多的空间维度，那么引力的表现形式将会有非常的不同。
　　经典物理学的平方反比定律得到了完美的证明，人们似乎无需将高维度因素考虑在内，但有些内心不安的理论物理学家指出，不妨考虑高维度的因素，如果时空的高维度极为紧凑，那么它们的存在和平方反比引力定理保持一致。与人们惯常理解的由长度、宽度和深度构成的空间维度不同，真实的空间维度也许深不可测，时空的延展范围相当于以光速飞行了数十亿、百亿年。额外的空间维度可能小不可见，它们卷曲在极其微小的距离内，似乎逃避了人们眼球望远镜观测方式。
　　人们可将额外的空间维度想象为管状的意大利面点帕斯塔，空间在帕斯塔的长度方向上大而开阔，但沿着帕斯塔空间管道转了几圈，人们可能感到管状的空间小而紧凑。额外的紧凑维度在大尺度上很难发现，但在微小的量子尺度上发现额外的维度空间却是可能的，在弦理论定义的模型中，空间维度的选择自由而多样，不受人们惯常理解的时空维度的限制。
　　人们可能觉得有些不可思议，多维空间理论实际上给出了可检测性的预测，假如高时空维度既存在又紧凑，那么在人们日常生活感知的尺度上，引力依然遵循与距离之间的平方反比关系，但在非常小的尺度上，在靠近紧凑的维度时，引力定律可能发生了变化，似乎有高维度时空的表现。引力在微小的量子尺度上偏离了平方反比定律，似乎超过了牛顿万有引力定理的作用范围。关键性的问题在于作为自然基本力的引力不是强力，在微小距离和微小质量的情形中，对引力的精确测量变得极其困难。研究人员使用了几种实验技巧，以测定微引力的大小，其中的一个实验使用了扭转摆，它看起来好像在古玩店找到的一块老怀表。任何靠近钟摆的物质块将产生引力的拖动作用，但引力太小，人们不足以看到钟摆受到的拖动作用，通常将物质块的移动和钟摆移动的频率保持一致。
　　好像一个小孩荡秋千时摆动得越来越高一样，人们以正确的频次推动了孩子的双腿。在扭转摆实验的情形中，物质块的运动给扭转摆传递了一个可测量的摆动力或震荡力，物质块对钟摆的引力作用被设置成特定的发生频率，任何对经典引力中平方反比定理的偏离都在实验过程中显示出来。在《物理学评论通讯》杂志发表的一篇论文显示，引力在非常小的尺度上仍然遵守平方反比定律，科研人员在实验过程中没有发现任何违背万有引力定理的证据，根据实验装置具备的灵敏度，他们断定经典引力的平方反比定律至少在59微米的尺度上依然有效，59微米距离相当于人脑上一根头发丝的宽度，实验结果说明，要么四维以上的高维度不存在，要么它们卷缩在非常紧凑的空间中。
　　虽然最新的实验得到了零结果，但这是一次令人惊愕的完美实验，科研人员使用的检测技巧挑战了现有的在微小尺度上对引力检测的灵敏度，极好的实验样板有助于对物理学家构想的高维时空概念进行检验，无论物理学家设想的概念多么新奇和怪异、多么疯狂和离奇，都不能避开物理实验的检验，通过引力的作用距离检验了平方反比定律和多维时空理论，类似的物理实验还将继续进行。
　　（编译：2016428）
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