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额外维度有1毫米那么大 ！？

1998年，一个崭新的理论登上了物理学的历史舞台，极大地改变了科学家们对额外维度的看法，这就是ADD理论（ADD模型）。ADD是提出该理论的3位物理学家尼玛·阿卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed，1972～）、萨瓦斯·蒂莫泡罗斯（Savas Dimopoulos，1952～）和乔治·德瓦利（Georgi Dvali,1964～）姓氏的首字母缩写。

“额外维度不一定非常小”是ADD理论最具创新性的观点。超弦理论认为，卷曲成圆而隐藏起来的额外维度与弦差不多，只有10-34米那么大，小到几乎可以忽略不计。不过，ADD理论主张“额外维度也可能有1毫米那么大”，因此也被称为“大额外维度”（large extra dimension）模型。

如果额外维度有1毫米那么大的话，或许大家会说，这下子就能用肉眼看到了。众所周知，当一个地方或一个物体所发的光传递到眼睛后，我们才能看到。可是，ADD理论认为，光不能在额外维度中传递，所以，无论额外维度多么大，我们都无法用肉眼看到。

ADD理论主张，1毫米大的额外维度隐藏在整个3维空间（膜）里，而且引力也能在额外维度中传递，因此，原本非常强的引力扩散到大额外维度中而变弱，在我们所处的3维空间里则变得非常小，远远小于其他的力。

目前，日本立教大学的村田次郎教授正在潜心用实验来验证ADD理论，他介绍说：“超弦理论认为额外维度极小，这是没有根据的。就算额外维度有1毫米那么大，也与当下和以往的实验和观测没有矛盾。”

ADD理论是第一个试图用额外维度来解释为什么引力极其微弱的理论，虽然也使用了超弦理论中的额外维度、膜等说法，但是，却与超弦理论有本质上的不同。

图： ADD理论——大额外维度

1998年，3位物理学家尼玛·阿卡尼-哈米德、萨瓦斯·蒂莫泡罗斯和乔治·德瓦利共同提出了ADD理论，并指出一直被物理学家认为极小的卷曲成圆的额外维度最大可能为1毫米左右，从而引起了巨大反响。额外维度的大小取决于其数量。当额外维度为2个（也就是3+2=5维空间）时，其大小约为1毫米。额外维度的数量越多，其尺寸越小。不过，额外维度为1毫米大的可能性已经被验证实验所否定。目前，科学家们正在潜心验证额外维度是否小于几十微米大小（1微米=0.001毫米）。

弯曲的额外维度“稀释”了引力

1999年，物理学家丽莎·蓝道尔（Lisa Randall，1962～）和拉曼·桑壮（Raman Sundrum，1964～）提出了另外一个理论，用额外维度来解释引力为何比其他基本力弱许多，这就是“RS理论”（RS模型），来自两人姓名的首字母。

RS理论认为，除了我们生活的3维空间（弱膜）之外，还存在着其他空间（引力膜），它们通过极其弯曲的额外维度连接在一起。在与我们的世界不同的另外的膜上，引力非常大。不过，如此强的引力在通过弯曲的额外维度“穿梭”到我们所处的世界的过程中被极大地“稀释”了，因此，在我们的世界里就变得非常微弱了。此外，额外维度在我们的世界里究竟有多大呢？这要取决于其弯曲的程度，弯曲得越厉害，额外维度就越小。

与ADD理论一样，RS理论也采用了额外维度和膜的说法。但是，它与超弦理论存在重大分歧。日本东京大学的浅井教授认为“在额外维度把引力‘稀释’了这一点上，ADD理论和RS理论是相同的。但是，ADD理论认为引力扩散到较大的额外维度而被‘稀释’了，RS理论则认为小而弯曲的额外维度把引力‘稀释’了”。

只有额外维度才能很好地解释引力为何如此微弱

“UED理论”（Universal Extra Dimension）则是另外一种理论。它虽然也考虑了类似RS理论中弯曲的额外维度，但是却认为，引力之外的其他力也能“穿梭”于额外维度。不过，由于力的传递方法不同，所以，只有引力在我们赖以生存的世界里才看上去如此脆弱。

ADD理论、RS理论和UED理论是有关额外维度的3个主要理论，目前都处于验证阶段。它们都利用超弦理论的思想解释了引力为何如此微弱，但是，超弦理论本身依然是一个有待完善的理论，正确与否尚未得到证实。可以说，依托其建立起来的额外维度理论的验证估计也会是一条漫长之路。

也许你会说，额外维度是否真的存在尚待验证，用一个或许有或许没有的东西来解释引力为何如此微弱，简直太荒谬了。不过，浅井教授介绍说：“目前，除了假定存在额外维度之外，没有任何一个理论能够解释引力为何如此微弱。”

（本文发表于《科学世界》2016年第5期）