弦论的额外维度必须小于人类头发宽度的一半
如果空间确实存在额外维度，根据最新测量引力在短距离内的强度，这些维度的尺寸必须小于人类头发宽度的一半左右。研究人员发现，支配行星之间引力作用的相同法则，仍然适用于物体之间仅相距56微米时的引力作用。他们在本周的《物理评论快报》中报告称，他们的结果排除了44微米或更大的额外维度。如果能发现只有几个微米大小的相对巨大的额外维度，将为尚未被证明的弦论提供极有力的证据，弦论是一套可能统一引力与通常难以调和的量子物理领域的数学方程。华盛顿大学的实验物理学家、本项研究的作者埃里克·阿德尔伯格（Eric Adelberger）表示：“尽管我们什么也没有看到，但这些结果为人们提出合理的理论设定了界限。” 他说，“检验平方反比定律（即牛顿的万有引力定律）是寻找额外维度最可靠的方式。” 约翰·霍普金斯大学的理论粒子物理学家拉曼·桑德伦（Raman Sundrum）表示：“我非常推崇这类实验；我认为它们非常出色。”原则上，这类测试能够有效地排除微米大小额外维度的理论，他说道。为了研究这些问题，研究人员通常会预计使用巨型粒子加速器，例如今年晚些时候将在日内瓦启动的大型强子对撞机（LHC）。桑德伦表示，即使这次实验结果对大型额外维度理论留有余地，LHC仍可能有机会进行探索。“它并未完全否定这种可能性，”他说。在没有明确理由进行验证的情况下，直到几年前，研究人员从不曾测量过物体之间距离小于一毫米（大致相当于本页面上一个句号的宽度）时的引力强度。但自20世纪90年代末以来，一些物理学家提出，如果宇宙中存在宽度达到微米量级的相对较大的额外维度，那么弦论可能会使引力在这样的距离范围内变得更强。（为了使计算成立，弦论要求空间拥有超出我们日常经验的三个维度之外的额外维度，但研究人员曾假设这些维度是极其微小的。）阿德尔伯格及其在所谓的Eot-Wash实验中的同事，一直在检验引力在短距离范围内的强度。在以往的实验中，他们使用了一个悬挂在金属环上方的金属摆锤，金属环下方是一个由两个焊接在一起的金属圆盘组成的结构，该结构会对摆锤产生引力作用。环和上圆盘上排列着一系列匹配的孔。如果孔对齐，引力会将摆锤直接拉向下方；但如果孔错开，上圆盘的引力会使其旋转。因此，实验可以测量环与上圆盘之间的距离下的引力强度。实验的关键在于下圆盘，它上有一些不同大小的孔，这些孔的设计目的是在环和圆盘处于某些方向时抵消上圆盘引起的旋转。如果这种抵消没有发生，就说明环与上圆盘之间的引力作用发生了变化，可能是因为引力强度本身发生了变化，或者有新的力介入，而这种力不会在环与下圆盘之间稍大的距离上起作用。在他们之前的实验中，Eot-Wash团队已经排除了大于160微米的单一额外维度。这一次，研究人员通过使用更多孔洞并用金子覆盖设备以屏蔽环和圆盘之间的电磁力，达到了更高的灵敏度。阿德尔伯格表示，他们也许能够达到几个微米的精度，但这将非常困难。“随着维度越来越小，它们所导致的力也会迅速减小，”他说。然而，这样做可能值得。桑德伦表示，如果在那个距离上没有发现额外维度，那很可能会使弦论的这一分支被抛弃。
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