原文载于《环球科学》公众号2019.4.18
宇宙在加速膨胀，是因为引力逃到了高维空间？
前几天在朋友圈转了这篇文章，主要介绍的是用弦论的多宇宙观替代主流认为的暗能量来解释宇宙加速膨胀现象。后来有同学回复提出疑问，觉得文章似乎想用引力逃逸来解释暗能量，但到后半段试图解释加速膨胀时又抛弃了引力逃逸而另用了恒定曲率理论，那么本文的主张其实是暗能量的一个马甲，但又没能真的解释暗能量，那么这个主张的意义何在呢？
为了回答问题我又重看了一遍文章。之前大体看懂了但没有整理，回答问题则需系统化的整理，厘清每一步的推进。因为文章的核心主张从提问到解答之间加入了大量旁枝末节，每推进一小步就又多解释了很多别的概念，所以后文的观点和前文的问题粗看起来非常脱节，要剔除旁枝剥离出主干。
整理思路后我对本文主干的理解如下：
- 弦论主张高维时空——〉
- 额外维度不是蜷曲的而是无限的——〉
- 所以长波引力子可以逃逸到宇宙外面的额外维度去——〉
- 逃逸到宇宙外面的引力子起了一种把宇宙给拉弯的作用——〉
- 因为能从外面拉弯，所以宇宙内部就不必充满一种具有斥力的东西（也就是暗能量）了——〉
- 所以弦论的引力逃逸可以替代暗能量解释宇宙加速膨胀。
也就是说，针对同学们的疑问：
引力逃逸不是用来解释暗能量的，这篇文章的意思是引力逃逸到高维空间才导致产生一个全宇宙恒定的曲率。暗能量不管哪种模型都是说它是在我们这个宇宙中充满的某种具有斥力的东西无论它是什么，而引力逃逸导致宇宙曲率的意思是指即使宇宙某片区域完全不含物质和能量它也曲率不为零，恒定存在，而这个曲率就是由逃到宇宙外的引力拉扯出来的（如果形容广义相对论所说的质量和能量在宇内“压”出曲率，到了弦论这里就变成从宇宙外面“拉”出曲率）。所以不能说文章在导出恒定曲率时扔开了引力逃逸理论，而应理解为由引力逃逸导出了恒定曲率，恒定曲率等效于目前解释为暗能量的宇宙常数，宇宙常数能解释已经确定的加速膨胀，所以引力逃逸到高维也就能解释加速膨胀，所以才说它在不需要宇宙内部充满暗能量的情况下也能让宇宙加速膨胀。
在这个过程中，文章又解释了这些：
- 为啥宇宙加速膨胀——因为最远处引力变成斥力，目前主流把这种斥力解释为暗能量。
- 为啥以前认为弦论只在微观尺度上改变引力定律，现在却要求它在大尺度上也改变——因为现在弦论把过去蜷曲的额外维度改成了无限大。
- 宇宙常数、暴胀子和精质这几个暗能量主流模型各是什么来由——不管哪个模型，暗能量本质都被认为是充满宇宙空间的能量场；人们不满意它们的问题是什么——不自然（不够美）(有一点文章里没有说，就是宇宙常数它算出来的结果和观测结果差距太大，要能两者相符必须引入别的物理原理来解释，但至今也没能解释，所以认为它不自然）。
- 为啥用弦论的高维时空概念来解释引力减弱很自然——因为从几何上说，维度越高，它原本和平方的成反比的，就会从平方到立方到4次方等等以此类推的减弱，显然是指数级减弱。
- 为啥我们发现不了引力逃逸出去（也就是说我们的三维宇宙为啥没有引力逃逸的直观体现）——这里解释了弦论对额外维度描述的变迁，以前是用蜷曲维度来解释引力只在类似普朗克长度这么小的尺度上逃逸，大一点就逃不出去，后来又介绍了为啥人们不满意这个蜷曲，因为自己解释不出自己为啥蜷曲，所以改描述为无限大，而三维宇宙则相当于膜（此后就一直简称三维宇宙为膜）。
- 为啥在弦论的理论框架内，引力子能逃逸出去别的粒子（也就是我们）却不行——因为弦论认为引力是闭环弦，能到处跑，我们宇宙的其它粒子是开弦，两端固定在膜上跑不了。
- 为啥兰德尔模型的无限但扭曲额外维度（它解释了为啥引力没有真的完全自由的到处跑，也就是说为啥它在中等尺度上没有违反标准引力定律）本文不认可——因为这个扭曲额外维度和蜷曲一样，只在小尺度作用，和宏观尺度的引力定律没法起作用，也就是说解释不了宇宙加速膨胀。
- 作者的这个无限不弯曲额外维度所推出的引力子逃逸设想，为啥它没有违反目前观测结果——因为只有在弦尺度以下（他们算出来是0.1毫米或更小）或者达到引力逃逸临界距离那么大的尺度时（也就是足够引力逃逸的距离，算出来是大约100亿光年），这时的引力子才能出去，我们所在的中等尺度的引力子出不去。
- 为啥能说0.1毫米-100亿光年之间的中等波长引力子出不去——因为根据计算，此波长范围内的引力子在进入或离开膜时（垂直膜）能和我们宇宙的粒子发生作用然后极化膜，所以它出不去，长波长的引力子沿着膜移动不会极化膜，所以它能出去。
- 为啥它先前能说引力会在高维中，以立方到4次方到再高次方的定律减弱，而且这个效应只在宇宙尺度上成立——因为只有那么大的长波长引力子能出去，所以它只会在和自己波长相当的距离上起这样的作用，近一点的地方它几乎没影响。
- 为啥引力逃逸能改变广义相对论——广相的核心是引力是时空弯曲导致，时空弯曲是质量和能量压出来的，现在因为弦论设定有额外维度，所以在引力方程中可以引入因额外维度而出现的修正项（可能是指代表额外维度的项），然后算出来结果就是即使宇宙内某区域完全没有质量和能量，它也会弯曲，也就是曲率不为零。
- 为啥这种曲率能替代解释暗能量的宇宙常数——因为两者都不随时间推移而稀释，所以等效。
- 为啥我们对别人家的几个假定标准引力定律大尺度失效的理论不满意——因为它们都需要暗能量，我们不想要暗能量。
- 为啥能说观测可以检验我们的理论——因为我们模型描述的宇宙从减速到加速膨胀的过渡与其他暗能量理论描述的完全不同，比如我们计算出如果真的有引力逃逸，地月距离将发生多少多少的改变，而这个改变，目前的观测手段已经可以检测到，也就可以证实或证伪。
- 为啥说宇宙加速膨胀也许是弦论的契机——因为以前弦论都只是极其微小尺度，实验没法证明，现在它对宇宙加速膨胀作出了不同于暗能量的描述，也许就可以在这方面有验证上的突破了。
最后回到文章的意义上：为啥非要用弦论来替代暗能量解释宇宙加速膨胀？搜了下本文作者Georgi Dvali（Prof. Dr. Georgi Dvali，物理学家，纽约大学宇宙学与粒子物理中心，慕尼黑大学），他的这个观点其实在2005年左右就有提出，但暂时查不到本文完成于几时。我猜应该就是近期。这里就要回溯到去年6月底在日本开的弦论大会了（名字叫Strings 2018），当时因为刚出的两篇新论文，弦论学家们讨论的热点之一是：弦论和暗能量也许不相容。网上也能搜到2018年下半年起出现了不少类似的标题。因为弦论在数学上得出的解和暗能量是相悖的，它很可能就不存在能包含稳定暗能量的有效解。也就是说要么是弦论错了要么是暗能量错了。依然相信弦论的人选择质疑暗能量——是啊，凭什么两者相悖就一定是弦论错了呢，完全可能是主流的暗能量错了啊，当然那样你就得在弦论框架内并不含暗能量的前提下合理解释已经确定的宇宙加速膨胀现象——所以需要一个既能解释宇宙加速膨胀又不承认宇宙内有暗能量的理论，这就是这篇文章所持观点的意义所在。
