當(dāng)然,這并不是故事的結(jié)束。當(dāng)我們把目光擴(kuò)展到包含超過四維時(shí)空的模型時(shí),真正激動(dòng)人心的時(shí)刻才正式開始。在這里,我們不妨再利用蟲子世界的類比,來幫助理解這些模型的基本想法。首先,我們先將現(xiàn)實(shí)中的(四維)宇宙想象成一個(gè)無限大的時(shí)空平面,就像第3章所描述的那樣。我們自己、所有常規(guī)物質(zhì)粒子、力的傳播介質(zhì)(除了引力子)以及暗物質(zhì)粒子,都被束縛在這個(gè)平面上,因此在某種意義上這就是我們眼中全部的世界。但事實(shí)并非如此。這個(gè)平面——被稱為“膜”(brane)——是嵌入在一個(gè)更高維的宇宙中的。在這個(gè)高維宇宙中,只有引力子可以離開膜進(jìn)入更高的維度,而其他組分都被限制在膜上。

這種限制的機(jī)理可以由弦論給出。在弦論中,粒子并不是空間中的點(diǎn),而是一些微小的弦震動(dòng)。這些弦的兩端都被固定在膜上,因此根本無法脫離膜而進(jìn)入其他維度。在這些理論中,引力子也由一種弦描述,但這種弦會(huì)形成一個(gè)微小的閉合環(huán)路。由于封閉的環(huán)是沒有盡頭的,因此引力子也不會(huì)受到束縛,可以自由地在膜內(nèi)或脫離膜運(yùn)動(dòng)。這些額外的自由度會(huì)有效地削弱引力的效果。為了理解這一點(diǎn),我們可以想象一個(gè)可調(diào)強(qiáng)度的噴頭。將噴頭調(diào)整到一個(gè)出水口出水的位置(也就是一維),我們會(huì)感受到較強(qiáng)的水流;而將噴頭調(diào)節(jié)到花灑的位置(也就是二維),水流強(qiáng)度會(huì)相對溫柔得多。與此相似,能供引力子自由發(fā)揮的維度越多,我們感受到的引力效果就越弱。

在一種膜宇宙的模型中,引力子從膜上游離到膜外空間的過程,會(huì)造成膜的扭曲(一種正曲率變化),其效果非常類似于宇宙常數(shù)的作用。而根據(jù)另一類模型,高維宇宙中存在不止一個(gè)膜(從某種角度講,即多個(gè)像我們所屬世界一樣的子宇宙)。在這類理論中,大爆炸是由我們所屬的子宇宙和另一平行子宇宙之間的碰撞所誘導(dǎo)的。碰撞之后,兩個(gè)膜將相互遠(yuǎn)離,但在達(dá)到一定距離后會(huì)重新靠近并再次發(fā)生碰撞,如此周而復(fù)始,不斷重復(fù)著這個(gè)“碰撞—遠(yuǎn)離—靠近—再碰撞”的過程。每當(dāng)兩個(gè)膜彼此靠近時(shí),膜上的時(shí)空就開始加速膨脹。因此,超新星的數(shù)據(jù)有可能暗示我們的宇宙正在準(zhǔn)備進(jìn)行下一次碰撞。

當(dāng)然,這些理論的發(fā)展和完善并不像想象的那么容易。為了符合對現(xiàn)今宇宙的觀測結(jié)果,特別是對太陽系內(nèi)引力的測量,膜理論必須找到控制引力子向膜外游離的機(jī)理。同時(shí),膜理論也經(jīng)常會(huì)遇到這樣或那樣的難題。幽靈粒子(ghost particle)就是其中一個(gè)例子。幽靈粒子是指理論中的一些不穩(wěn)定度,而它的存在將直接導(dǎo)致負(fù)概率的出現(xiàn),也因此成為不討人喜歡的概念。事實(shí)上,幽靈粒子的出現(xiàn),標(biāo)志現(xiàn)有的理論中仍然存在著問題。我們還有許多工作要完成。

這就是暗能量模型的發(fā)展現(xiàn)狀。很明顯,理論物理學(xué)家用他們喜歡的方式,從各個(gè)不同的角度,提出了許多備選模型。這些花樣繁多的模型充滿了想象力,也都曾被寄予厚望。對暗能量的解釋依然是一個(gè)吸引著大批青年物理學(xué)家、且充滿挑戰(zhàn)的領(lǐng)域。最終的答案也許是現(xiàn)存理論中的一個(gè),也有可能依然隱藏在撲朔迷離的宇宙中。

《愛因斯坦的望遠(yuǎn)鏡》讀書網(wǎng)在線試讀連載完畢，更多精彩，請參見原書。呼吁您購買正版圖書。