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轩轩

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相对论通俗演义33

第三十三章膜宇宙引力:引力是最弱的力

（1）

剑桥大学的普通大学生牛顿在懵懂中被引力惊醒,他看到苹果落地.知道引力和距离的平方成反比.引力是不是总是与距离的平方成反比呢?很多人可以猜测出来，这个结论只在1+3维时空是对的。这可以在徐一鸿的《果壳中的量子场论》看到。很多人觉得引力平方反比是一个奇迹，简直和孟德尔的遗传规律一样，显示出平方在宇宙中存在特殊的地位。

在膜宇宙引力中,时空是1+3+n维的，换句话说，这是一个洪荒（bulk）.额外维存在打破了平方反比定律，在4+n维时空.，牛顿引力应该与距离的（n+2）次方成反比。

以上的说法仅仅局限于理论研究。在实际上table-top实验可以在 0.1毫米的尺度上检验牛顿万有引力是正确的,换句话说,额外维要是存在,尺度必须小于0.1毫米.

（2）

引力是最弱的力。引力有多弱，永远有多远，这全不是一个简单的问题。

在费曼的物理学讲义里,他说,让一个人从高空中自由落体,引力使他他掉到地面需要很长的时间,而电磁力能使他瞬间就静止在地板上.可见引力有比起电磁力有有多么的弱.引力那么弱,在牛顿引力公式里可以看出，因为牛顿引力常数具有质量的负2次量纲，是一个很小的数，——这个数有多小呢，是10的19次方个中子质量乘以10的19次方个中子质量，也就是普郎克质量的平方。因此只有巨大的质量的物体才能体现出牛顿的魅力。假如没有星球，没有星系，人类很可能忽视了引力的存在。引力还具有普适的性格，这使得它不能被屏蔽。因此，现在的人们对外星人的飞碟如何屏蔽引力莫衷一是。引力那么弱，她就象弱不禁风的美女，体弱多病，美貌多情，她存在在我们这个世界上，却总是把自己藏匿在背景之中。

根据量子场论的看法，不再象广义相对论或者圈量子引力那样把引力当作是一个背景，它也被当作是一种力，那么很容易看出，量子引力离我们非常的远,原因还是因为引力最弱，引力能被量子化的能标在10的19次方GeV,而现在的加速器能够达到的能量是TeV,也就是10的3次方GeV.这样的加速器能够把一个质子加速成为1000个质子那么大.要达到普朗克能标.这样的加速器在地球上不可能实现,因为人类要是能建造它,它的半径超过太阳系半径.所以引力作为一个美女她其实是一个来自高能世界的闯入者。

引力为什么那么弱呢？这在物理学家的嘴巴里被称为等级问题,也就是说弱电统一的能量不高,而量子引力的能量超高,,中间隔了16个数量级.社会按照经济来分等级,人人平等只是在法律层面的.现在物理学家希望把物理学的四个力统一起来,但发现贫富差距实在太大,一部分是有1000美圆存款,另外一部分人有10000000000000000美圆存款,在这样的经济差距之下,谈什么平等?

物理学家陷入了沉思——也许需要引进额外维——也就是对富翁增加额外的高额税收。在超弦理论中，引力子是闭弦，因此它是没有腿可以粘在膜上的，于是它可以朝额外维传播。这是对引力的一中稀释，使得引力在我们这个四维宇宙看上去格外的弱。这很容易理解，一杯子水，如果杯子上有了裂纹，水总会越来越少。

1996年霍拉瓦(Horava)和威腾在11维中的超引力,量子引力的能标降低到大统一理论的能标,10的16次方个GeV.但这也是远远地在现代加速器能够达到的能量.欧洲核子中心(cern)的大型强子对撞机(LHC)能只能达到10的3次方个GeV的能量.我们知道额外维度越大,量子引力的能标就越低,但额外维至少不能大于1毫米,否则就连显微镜就可以看到额外维,生物学家做细胞切片容易受到惊吓.如果我们的膜宇宙具有2个尺度在1毫米那么大的额外维,那么量子引力的能标就在10的3次方个GeV的能量,也就是现在我们掂起脚尖正好可以够着苹果树的地方.

(3)

引力可以在额外维劈波斩浪，——这是爱因斯坦的精神：引力就是几何——但其他的规范粒子就不能朝额外维传播了,它们粘在膜上.因此,在ADD模型中,洪荒是平坦的,具有多个额外维度,跟我们的膜宇宙平行的很近的地方还有一个影子膜.这个膜上的引力可以作用到我们的宇宙上---------于是就解释了暗物质.但我们为什么看不到这个影子膜呢?因为光子作为规范粒子不能从那么影子膜上传出来,因此我们看不到它.

（4）

研究膜宇宙的人的思路分成2股，一是研究等级问题，二是研究宇宙学。在前者中，宇宙做为一个平坦的闵可夫斯基膜被嵌入在高维空间。而宇宙学则不一样，我们的宇宙肯定是带有宇宙学常数的非静态的RW膜。

丽莎.兰多和她的合作者桑德拉姆在1999年连续出了2个膜宇宙模型，在超弦理论和宇宙学当作掀起了轩然大波。她们把膜放进了具有特定维度的五维反德西特时空。丽莎.兰多的这一举动使得她成为光彩夺目的女科学家……对于大多数对引力有兴趣的人来说，在明白什么是反德西特时空之前，先有一些基本的观念：曲率具有长度的负二次量纲，宇宙学常数也具有长度的负二次量纲。

《相对论通俗演义》

i will love you till the null infinity.

发表时间：2006-06-03, 00:27:35