5大改变未来的超难科学挑战是什么？( 三 ) _小知识

3.寻找额外维度
对于现实世界，我们有一个非常基本的认识，几乎没人对此有所怀疑，那就是我们的世界恰好有三个空间维度：左右、前后，还有上下。但超弦理论（superstring theory）及其他一些构造“万物理论”的尝试，已经让很多物理学家相信，空间的维度远不止于此。他们认为，这些额外的维度是高度卷曲的，所以我们根本感觉不到，但它们会在很小的尺度上影响引力，使得两个物理间的作用力，稍稍偏离牛顿引力理论的经典结果。因此，如果能在实验中探测到微小尺度上的引力变化，也许就能证实这些额外维度的存在。
美国华盛顿大学实验核子物理与天体物理中心的埃里克·阿德尔贝格（Eric Adelberger）第一次听到这样的说法，是在1999年的一个讲座中。 “有些人认为这个想法很愚蠢，也有人认为它很酷， ”他回忆道。但他和同事决定要用实验来检验这种说法。 “如果能证实，我们对宇宙维度的认识一直是错的，还有比这更令人激动的事吗？”他说。
阿德尔贝格的“武器”是扭秤（torsion balance），其实就是18世纪90年代末，英国物理学家亨利·卡文迪许（Henry Cavish）首次测量万有引力常数所用装置的“升级版” 。在这个“现代版”的扭秤中，一根金属杆用丝线悬挂起来，可以自由扭动，金属杆的底端安放着一个探测圆盘，圆盘上钻有一系列小孔。在探测圆盘下方几微米处，还有一个钻有类似小孔的圆盘——这是吸引盘。当吸引盘转动时，小孔之间的盘体会对探测盘的盘体施加一个微弱引力，使探测盘和金属杆转动，从而扭转悬丝，使之转动大约十亿分之一度的微小角度。
为了确保探测盘不受地球和吸引盘引力之外其他作用力的影响，整个装置的所有部件都必须用非磁性物质制成，而且所有部件的表面都要镀上一层金，好让仪器所带电荷均匀分布。除此之外，整个装置的制作务求完美，要完全隔绝外部振动，包括停车场的车辆引起的振动。 “我们最好的数据是在周末午夜到凌晨4点之间取得的， ”阿德尔贝格感叹说， “这一点很讨厌，因为你收获最佳数据的时间很有限，弄得我们现在都成夜猫子了。 ”
精益求精的设计让研究人员可以排除其他影响因素，如果这样仍能观察到探测盘的扭转，他们知道肯定有好戏上演。到目前为止，阿德尔贝格的研究小组可以断定，在44微米及以上尺度肯定没有额外维度存在。他的两个研究生，以及全球其他10多个小组，都正在想方设法继续向微观尺度进发。不过，究竟要多久才能有所发现，取决于这些额外维度的大小。阿德尔贝格认为，如果额外维度卷曲得太厉害， “那答案可能是永远也发现不了。如果在30微米上有可见的卷曲，那就只需一年就能发现” 。
但阿德尔贝格似乎很享受这种充满不确定因素与挑战的过程，因为他觉得这就像登山：“过程越艰难，登顶的感觉就越美妙，无限风光在险峰嘛。 ”
4.捕捉引力波
斯科特·雷森（Scott Ransom）那孩子似的劲头与他正在从事的研究似乎有些不相符：这个研究可能要等上十来年才能初见端倪。雷森是美国国家射电天文台（National Radio Astronomy Observatory）的天文学家，在谈到星系中最精准的天然钟表——脉冲星（pulstar）时，他嘴里蹦出了一连串的“太棒了”、“酷毙了”这样的词来，并认为脉冲星能让他和其他科学家验证爱因斯坦广义相对论中一个最基本的预言——引力波（gravitational wave）。 “它将为我们打开一扇观测宇宙的全新窗口， ”他嚷嚷着， “除了‘光之眼’ ，我们还有‘质量之眼’ 。 ”

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