候选标题
- 悬念型：引力为何这么弱？答案可能藏在膜世界
- 画面感型：膜世界：一张漂在更高维空间里的桌布
- 提问型：我们是不是住在一张膜上？
设想你是一只只能贴着桌面爬行的蚂蚁。它可以前后左右跑，却永远爬不出这张桌面。对蚂蚁来说，宇宙就是一张二维的薄片：有长度，有宽度，没有“上”和“下”。现在把桌面换成整个宇宙，把蚂蚁换成你我。这不是文字游戏，而是一个有名字的理论设想——膜世界。
我们可能住在一张膜上
所谓膜世界（brane world），是一种理论设想：我们熟悉的三维空间，可能只是更高维空间里的一张“膜”（brane，取自英文 membrane，意为薄层），而膜外面还有我们摸不到的体空间（bulk，指额外维度撑开的那部分）。
生活里的对应物并不稀缺。厨房水槽里浮着一层油，油膜有长有宽，厚度只有分子级别。假如有“二维居民”住在油膜里，它只能沿膜面爬，永远游不出这一层；水面上方发生的事情它看不见，可只要水面荡起波纹，它立刻能感觉到。
这正是膜世界最核心的一句话：我们能感知的绝大部分粒子和力，被“粘”在这张膜上；只有少数几种，可能溜得出去。
引力为什么这么弱：一张会漏的膜
先看一个数字。两个质子之间，电磁力比引力强大约 10^36 倍——也就是 1 后面跟 36 个零。你若每秒数一个零，要数半分钟。
这个差距有多离谱？你随手把一张便签贴到冰箱上，那块小磁铁顶住的，是整个地球对这张纸的引力。
为什么引力这么“弱”？膜世界给出的解释是：电磁力、强核力、弱核力都被牢牢束缚在膜上，而引力可以在体空间里自由穿行。我们量到的引力，只是从膜上漏出去又漏回来的一部分。好比楼上厨房的水管漏了一点，你在楼下只接到偶尔的滴答声——楼上的水压其实大得吓人。
用一把桌面上的尺子去量
这个设想有一个可以检验的后果。万有引力遵循平方反比定律（距离缩小一半，引力变成原来的四倍）。但如果额外维度存在，在额外维度“张开”的那个尺度上，这条定律会突然改变——引力衰减的方式会与平方反比不同。
于是实验物理学家做了件很朴素的事：在桌面上量引力。用扭秤（靠一根细丝被扭动的角度来测极微弱力的装置）在极短距离上测量两个物体之间的吸引，看它还乖不乖。目前这类实验已把平方反比定律验证到约 30 微米——大约半根头发丝的粗细（头发直径约 70 微米）。换句话讲，如果额外维度真的存在，它必须比这更小，才能躲过测量。
对撞机没找到，引力波又关上一扇门
另一条路是往能量高处撞。如果额外维度存在，大型强子对撞机里可能产生 Kaluza-Klein 粒子（额外维度在膜上留下的“重影”），甚至微型黑洞。到目前，这些都没有出现。这是观测事实，也意味着不少额外维度模型必须把尺度压得更小。
2017 年，两颗中子星并合，引力波与伽马射线穿越约 1.3 亿光年几乎同时抵达地球，前后只差约 1.7 秒。这被看作观测证实：引力波速度与光速之差在 10^-15 以内。对允许“引力漏到体空间”的模型来说，这是一道不轻的约束。
需要说清楚的是：迄今为止，没有任何实验直接看到额外维度。膜世界依然属于假说，不是结论。它优雅，能解释一些难题，但优雅从来不是证据。
手掌还贴在桌面上
回到开头的蚂蚁。如果膜世界成立，你此刻其实一直在“漏”：有极微量的引力从你身体渗进我们看不见的维度，又从别处渗回来。你感觉不到，仪器也还没能分辨出来。
真正值得琢磨的，或许不是“我们能不能跳出去”——按照现有理论，构成我们的粒子被牢牢钉在膜上。值得琢磨的是另一个问题：如果有东西能穿透这张膜，那么我们看到的一切，会不会只是它投下的一个影子？
延伸阅读
- 《隐藏的现实：平行宇宙是什么》，布莱恩·格林著（中译本可查），其中一章专门讨论膜世界与多重宇宙。
- 纪录片《宇宙的构造》（The Fabric of the Cosmos，PBS NOVA，2011），格林主持，第四集涉及空间本质。
- 欧洲核子研究中心官网 home.cern，可查询大型强子对撞机寻找额外维度的公开进展。