当然,这并不是故事的结束。当我们把目光扩展到包含超过四维时空的模型时,真正激动人心的时刻才正式开始。在这里,我们不妨再利用虫子世界的类比,来帮助理解这些模型的基本想法。首先,我们先将现实中的(四维)宇宙想象成一个无限大的时空平面,就像第3章所描述的那样。我们自己、所有常规物质粒子、力的传播介质(除了引力子)以及暗物质粒子,都被束缚在这个平面上,因此在某种意义上这就是我们眼中全部的世界。但事实并非如此。这个平面——被称为“膜”(brane)——是嵌入在一个更高维的宇宙中的。在这个高维宇宙中,只有引力子可以离开膜进入更高的维度,而其他组分都被限制在膜上。
这种限制的机理可以由弦论给出。在弦论中,粒子并不是空间中的点,而是一些微小的弦震动。这些弦的两端都被固定在膜上,因此根本无法脱离膜而进入其他维度。在这些理论中,引力子也由一种弦描述,但这种弦会形成一个微小的闭合环路。由于封闭的环是没有尽头的,因此引力子也不会受到束缚,可以自由地在膜内或脱离膜运动。这些额外的自由度会有效地削弱引力的效果。为了理解这一点,我们可以想象一个可调强度的喷头。将喷头调整到一个出水口出水的位置(也就是一维),我们会感受到较强的水流;而将喷头调节到花洒的位置(也就是二维),水流强度会相对温柔得多。与此相似,能供引力子自由发挥的维度越多,我们感受到的引力效果就越弱。
在一种膜宇宙的模型中,引力子从膜上游离到膜外空间的过程,会造成膜的扭曲(一种正曲率变化),其效果非常类似于宇宙常数的作用。而根据另一类模型,高维宇宙中存在不止一个膜(从某种角度讲,即多个像我们所属世界一样的子宇宙)。在这类理论中,大爆炸是由我们所属的子宇宙和另一平行子宇宙之间的碰撞所诱导的。碰撞之后,两个膜将相互远离,但在达到一定距离后会重新靠近并再次发生碰撞,如此周而复始,不断重复着这个“碰撞—远离—靠近—再碰撞”的过程。每当两个膜彼此靠近时,膜上的时空就开始加速膨胀。因此,超新星的数据有可能暗示我们的宇宙正在准备进行下一次碰撞。
当然,这些理论的发展和完善并不像想象的那么容易。为了符合对现今宇宙的观测结果,特别是对太阳系内引力的测量,膜理论必须找到控制引力子向膜外游离的机理。同时,膜理论也经常会遇到这样或那样的难题。幽灵粒子(ghost particle)就是其中一个例子。幽灵粒子是指理论中的一些不稳定度,而它的存在将直接导致负概率的出现,也因此成为不讨人喜欢的概念。事实上,幽灵粒子的出现,标志现有的理论中仍然存在着问题。我们还有许多工作要完成。
这就是暗能量模型的发展现状。很明显,理论物理学家用他们喜欢的方式,从各个不同的角度,提出了许多备选模型。这些花样繁多的模型充满了想象力,也都曾被寄予厚望。对暗能量的解释依然是一个吸引着大批青年物理学家、且充满挑战的领域。最终的答案也许是现存理论中的一个,也有可能依然隐藏在扑朔迷离的宇宙中。
《爱因斯坦的望远镜》读书网在线试读连载完毕，更多精彩，请参见原书。呼吁您购买正版图书。
