膜宇宙:膜丛林体育馆的建筑蓝图
因为膜能俘获多数粒子和力,所以,我们生存的宇宙想必就建筑在一个三维的膜上,漂浮在一个更高维度的大海里。引力会延伸至额外维度中,而恒星、行星、人类以及我们能感受到的所有别的东西,都可能被局限在一个三维的膜上。如此说来,我们就生存在一张膜上,膜就是我们的家园。膜宇宙的概念正是基于这种假定(如图3-4所示)。
我们可能生活在一张膜上,也就是说,组成我们的物质、光子以及其他标准模型粒子都可能是在膜上。但是引力是无处不在的,既在膜上,也在体中,就如图示里扭动的曲线那样。
如果说,有一张膜悬浮在一个高维时空里,那么,无可否认,就会有更多的膜也悬浮其中。膜宇宙的图景里,常常会涉及不止一个膜,我们还不清楚宇宙究竟会出现几个或是几种膜。多重宇宙这个名称是与超过一膜的理论相关联的(如图3-5所示)。人们常常用这个词来描述这样一个宇宙:其组成部分要么没有相互作用,要么相互作用微弱。
宇宙可以包含多重膜,它们之间或是只通过引力相互作用,或是根本互不相干,像这样的构成常被称做是多重宇宙。
我觉得“多重宇宙”这个词有点奇怪:因为宇宙的定义本来就是许多部分联合在一起形成的一个整体。但是,也许会有一些不同的膜,它们相距遥远,无法联系;或是只能通过穿梭于它们之间的中介粒子产生微弱的联系。那样,在遥远膜上的粒子,感受到的力可能就会是完全不同的,而被膜束缚的粒子将永远不能与束缚在另一张膜上的粒子产生直接的联系。因此,当不止一个膜而其共同的力只有引力时,我有时就把涵盖两个膜的宇宙称做多重宇宙。
对于膜的思考让我们意识到:对于自己生存的这个空间,我们了解的实在是太少了。宇宙可能就是一个辉煌壮观的建筑,将所有位于其中的膜连接起来。即使我们知道了它基本的组成部分,但在一个密布着多层膜的多重宇宙里,可想而知,总会有一些离奇的新景象,而且我们了解的、不了解的粒子在空间几何里是怎样分布的,也会有无数的可能。同样的一摞纸牌,会产生多手不同的分法,这里存在着太多的可能。
其他的膜也许与我们的膜平行,也许包含平行的世界,但也许还会存在许多其他类型的膜宇宙。膜可以相互交叉,而粒子可能就被束缚在交叉线上。膜可以有不同的维数,它们可以弯曲,它们可以移动,它们可以包裹未被发现的不可见维度。展开想象,你可以随心所欲地勾勒你的图画。宇宙存在这样的几何图形并非没有可能。
在一个有着内嵌膜的高维体宇宙里,可能有一些粒子会进入更高维度,也有一些粒子就只能待在束缚它的膜上。如果体将两个膜隔开,那么,有些粒子会在这张膜上,有些则会在另一张膜上,还有一些会夹在中间。有关粒子和力在不同的膜与体之间是怎样分布的,理论上会有多种方式。尽管膜来自弦理论,但我们仍不明白为什么弦理论会独独钟情于某个特定的粒子和力的分布方式?膜宇宙给我们引入了一些全新的物理图景:
它们既描述了我们自以为了解的世界,也描述了在未知的其他膜上的其他未知世界。在一些看不见的维度上,它们与我们的世界遥遥相望。
在那些遥远的膜上,也许还存在被束缚的新力。我们不能直接与之相互作用的新粒子,兴许就在这些另外的膜上传播。能够解释暗物质和暗能量(我们据其引力效应推测的一种身份不明的物质和能量)的其他物质,兴许就分布在不同的膜上,或既在体里,又在其他的膜上。而当你从一张膜走到另一张膜时,引力甚至也可能对粒子产生不同的影响。
倘若另外的膜上有生命,那么,由于他们被拘禁在完全不同的环境中,有着不同的感官,很可能体验完全不同的力。
我们的感觉会感知周围的化学变化、光和声音;而其他膜上的生物,倘使他们存在,不大可能会与我们膜上的生命有太多相似的感觉,因为基本的力与粒子可能是不一样的。或者,其他的膜与我们的膜根本毫无相似之处,我们能确定的唯一共同分享的力就是引力,而即使是引力,其作用也可能会发生变化。
膜宇宙的作用要取决于膜的数量和类型,以及它们的位置。这对好奇的人会是个打击:
被束缚在遥远的膜上的粒子和力,对我们未必会产生强烈的影响。它们可能只决定在体中运动的东西,发出微弱的、可能永远不能到达我们的信号。因此,许多可以想象的膜宇宙即便真的存在也仍将很难探知。毕竟,引力是我们唯一明确知道的,由我们膜上的物质与所有其他膜上的物质共同分享的相互作用,而引力偏偏又是一种极其微弱的力。如果没有直接证据,其他的膜就只能隐匿在理论和猜测的范畴里。
但是,我要讲的某些膜宇宙可以产生可探测的信号。这些可探知的膜宇宙,对我们世界的物理特性会产生深远的影响。尽管膜宇宙的泛滥在某种程度上让人心烦,可它却真的令人振奋。膜不仅有助于解决粒子力学里长期存在的问题,而且,如果我们足够幸运,且描述的某个图景正确的话,我们将很快在基本粒子物理实验里找到膜宇宙的证据。我们有可能真的生存在一张膜上——不出10年,我们就会真正弄清楚。
至于现在,我们还不知道,在众多的可能里哪一个(如果有的话)会是对宇宙的正确描述。因此,我将保留所有选择,以免遗漏任何有趣的东西。无论最终证明哪种图景正确描述了我们的世界,我要讲的那些图景都会引进一些引人入胜的、全新的观点,都是以前从未有人想到过的。
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