弯曲的旅行：揭开隐藏着的宇宙维度之谜

假想的膜宇宙是信念的理论飞跃，它们包含的观点是猜测性的。但就如股市一样，冒险可能失败，但也可能带来巨大的回报。

想象暴风雪过后的第一个晴日，你坐在上山的滑雪缆车上，放眼望去，一片白茫茫的雪野，一个脚印都没有，雪地就在你的脚底下，闪着银光诱惑着你。你知道，无论怎样，只要踏上雪地，这必然会是美妙的一天。有些滑道是陡峭的，崎岖不平；有些则畅行无阻，如轻松的巡游；还有些要穿越丛林，是迷宫样的路径。但是，即使偶尔会有错误的转向，偏离滑道，这一天仍将是非常美妙、非常值得留恋的。

对我来说，模型构建就如这雪地一般，有着同样难以抗拒的诱惑。对于当前现象的基础理论探索，物理学家称为模型构建，它是在概念和观点之间穿梭的冒险旅行：有时，新观点是显而易见的；有时，它们却和你玩捉迷藏。但是，即使在我们并不知道这些有趣的新模型最终会把我们引向何方时，它们也常常开拓出不为人知的、令人兴奋的新领地。

关于我们在宇宙中的位置，究竟哪个理论会作出正确描述，我们还不能立即知道，其中有一些，我们可能永远都不会了解。但令人难以置信的是，并非所有的额外维度理论都这样。任何一个解释了引力微弱的额外维度理论，最令人兴奋的一个特征就是，如果它正确，我们很快就能发现。5年之内，如果大型强子对撞机（LHC）——一种高能粒子对撞机，在日内瓦附近建成并投入运行，那么，研究高能粒子的实验就会发现支持这些假设以及它们所包含的额外维度的证据。

这一大型强子对撞机，会让一些高能粒子发生碰撞，生成一些我们从未见过的新型物质。如果有任何一个额外维度理论正确，它都可能会在LHC里留下可见的痕迹，这些证据将包括叫做卡鲁扎-克莱因模式的粒子的痕迹。卡鲁扎-克莱因模式是额外维度在我们三维世界的脚印。如果幸运，实验还会记录其他线索，甚至可能有高维黑洞。

记录这些对象的探测仪会是惊人的庞然大物——甚至要用肩背带、头盔等登山装备才能爬上去工作。事实上，在瑞士靠近欧洲核子研究中心（CERN）附近，我就曾用这些装备进行了一次冰川旅行，CERN就是LHC安家的地方。这些庞大的探测仪会记录下粒子的性质，物理学家将用这些性质重构通过它们的粒子。

诚然，额外维度的证据可能并不直接，我们必须将各种各样的线索拼接起来，不过几乎所有新近的物理发现都是这样的。20世纪，随着物理学的发展，我们的研究已不单纯是能由肉眼直接观察的事物，而是转向了只有通过测量和逻辑推理才能“看见”的事物。例如我们中学时代就已熟悉的质子和中子的组成成分夸克，它就从未独立地出现过，在影响其他粒子时，它们会留下证据，正是跟踪这些痕迹，我们才发现了它们。暗物质和暗能量的发现也是这样：我们不知道宇宙中大部分的能量来自哪里，也不知道宇宙所包含的大多数物质的本质是什么，但我们知道宇宙中存在着暗物质和暗能量，这并非因为我们直接探测到了它们，而是因为它们对周围的物质有着明显的影响。我们确定夸克或暗物质、暗能量的存在，只是通过间接的方式；同样，额外维度也不会直接出现在我们面前。但是，即便额外维度的迹象并不直接，最终也总能显示出它们的存在。

首先我得声明：并非所有的观点最终都能证明是正确的，许多科学家对所有新理论都持怀疑态度，我这里讲的理论也不例外，但猜想是推进我们理解的唯一办法。即使到最后有些细节并不能完全与现实相符，但一个新的理论观点仍能阐明一些物理原理，启发我们找到真正的宇宙理论。我十分确信，本书中我们将探讨的额外维度思想绝不仅仅是真理的一点萌芽而已。

在从事未知事物的研究和推想新观点时，我们不禁会想起，基本结构的发现总是伴随着惊奇，而且总会遭遇怀疑和抗拒。奇怪的是，不仅仅是普通大众，有时，就连提出那些基本结构的人，起初也是犹豫不决的。

还有什么东西等待我们去发现吗？对于这个问题的回答，我们来看卓越的核物理学家、科普作家乔治·盖莫夫（George Gamow）的一段“短命”的话。他在1945年写道：“现在，我们只剩下三种本质不同的实体：原子核、电子、中微子，而不是经典物理学大量的‘不可见的原子’……如此一来，在物质基本构成的探索中，我们似乎已经找到了根源。”盖莫夫写这些的时候，根本不会想到原子核是由夸克构成的，不到30年，人们就发现它们了！

我们在继续探求着更基本的结构，如果到我们这里便不再有新成果、新发现了，难道你不觉得这会很奇怪吗？你不觉得那简直令人难以置信吗？现有理论之间的矛盾告诉我们，它们一定不是最终结果。前辈物理学家们既没有当今物理学家的工具，也没有动机来探索本书中将描述的额外维度领域。额外维度，或是支持粒子物理中标准模型的任何别的东西，都将是一项重大发现。

面对周围的世界，我们有什么理由不去探索？

1. 在第7章中我们会进一步讨论标准模型。——作者注
2. 对英国读者来说，是一个孩子的攀爬架。——作者注