弯曲的旅行：揭开隐藏着的宇宙维度之谜

上一节里我们看到了一个很大的谜团：大统一理论的等级问题。而真正的等级问题更糟：尽管是大统一理论首先惊醒物理学家意识到了等级问题，但即使在没有GUT质量的粒子理论中，虚粒子仍会对希格斯粒子质量引发过大的贡献，甚至连标准模型都值得怀疑。

问题在于，将标准模型与引力结合起来的理论会包含两个差别极大的能量尺度：

到现在为止，普朗克质量还没有进入我们粒子物理的讨论。因为引力太微弱，对大多数的粒子物理计算，它都可以忽略不计。但这正是粒子物理一直想要回答的问题：为什么引力如此微弱，以致在粒子物理计算里都可以忽略？等级问题换一种方法来问就是：为什么普朗克质量如此巨大？与粒子物理尺度相关的质量都不超过几百GeV，为什么普朗克质量却要大出1亿亿倍？

为方便比较，你可以想象两个低质量的粒子，如两个电子间的引力作用。这种引力吸引相比两个电子之间的互相排斥要弱1万亿亿亿亿亿倍，只有当电子的质量比实际再重100万亿亿倍时，这两种力才有可比性。而这是一个巨大的数字——就好比要把整个可见宇宙都盛满曼哈顿岛，你所需要的岛的数量。

普朗克质量要远远大于电子以及我们知道的其他粒子的质量，这表明引力比其他的已知力要微弱许多。但为什么在力的强度之间会有这么巨大的差异——或者，换句话说，为什么普朗克质量相比其他已知粒子的质量会是这么巨大？

对粒子物理学家来说，普朗克质量与弱力质量之间的巨大差异达到1亿亿倍，这真的让人难以接受。这一数字，比从宇宙大爆炸起到现在经过的分钟数都要大；若在地球和太阳之间摆满玻璃球，它是所需玻璃球数量的1 000倍；如果用硬币来核算美国财政赤字，它要100倍于这些硬币的数量！为什么描述同一物理系统的两个质量会有如此巨大的差异？

如果你不是物理学家，无论这些数字大得有多离奇，你可能也感觉不到这一问题本身有多重要，毕竟，并不是所有事情都是我们能够解释的，也许这两个质量的差异我们也找不出什么原因。但是，实际情况更糟：不能解释的不仅仅是巨大的质量比例问题，我们在下一节会看到，在量子场论里，所有与希格斯粒子发生相互作用的粒子都会参与一个虚过程，使希格斯粒子质量的值增大到普朗克质量，高达10¹⁹GeV。

事实上，任何一个诚实的物理学家，假设他知道引力的强度，而对弱力规范玻色子已测得的质量一无所知，如果你请他用量子场论来估算希格斯粒子的质量，他预言的希格斯粒子质量（由此也得出弱规范玻色子质量）也不会大出1亿亿倍。这就是说，他会由计算得出结论，普朗克质量与希格斯质量（或者说由希格斯粒子质量来确定的弱力级质量）之比更接近于1，而不是1亿亿！他所计算的弱力质量会接近于普朗克质量，这样，所有的粒子都将变成黑洞，而我们了解的粒子物理也将不复存在。尽管无论对弱力质量还是普朗克质量的数值，他都没有先验的预期，但他可以用量子场论估算二者的比值——而他必会大错特错。显然，这里存在着一个巨大的差别，下一章我们就解释其原因。