科學家挑戰--愛因斯坦相對論的第四度空間偵測方式(圖)

美國羅格斯大學（Rutgers University）Charles R. Keeton和杜克大學（Duke University）Arlie O. Petters目前發展出一套數學計算方式，可讓天文學家測試新的重力5維理論，足以挑戰愛因斯坦的廣義相對論。

　　他們的第二型Randall-Sundrum薄膜宇宙模型（type II Randall-Sundrum braneworld gravity model）認為：可見宇宙像是一片薄膜包覆住的空間一樣，所以稱為「膜內宇宙（braneworld universe）」。膜內宇宙為由4維空間和1維時間組成的5維結構，與廣義相對論認為的3度空間加時間的4維結構不同。

　　Keeton等人的模型預測有某種宇宙效應，可以讓天文學家偵測比廣義相對論多出來的那個第四度空間。他們認為在未來幾年內，利用人造衛星就可以偵測到他們預測的這種第四度空間引起的宇宙效應。如果經觀測證實，那麼廣義相對論將受到嚴重挑戰，人們對宇宙的論知又將改觀。

　　Randall-Sundrum薄膜宇宙模型是哈佛大學物理學家Lisa Randall和約翰霍普金斯大學Raman Sundrum所提出，利用數學來描述重力如何影響宇宙的「形狀」，與廣義相對論對宇宙的描述相當不同。其中，薄膜宇宙理論預測自宇宙早期至今便存在一些非常小的「黑洞」，這些迷你黑洞質量僅相當於小行星，可能是宇宙暗物質（dark matter）的一部分；科學家目前還不確定暗物質的本質，只能從周邊物質或天體所受到的重力作用偵測到它們的存在。廣義相對論認為這些迷你黑洞會因為蒸發之故，所以不可能存留至今。

　　Keeton表示：當他們用新模型想估計薄膜宇宙的迷你黑洞（braneworld black holes）到底有多遠，結果驚訝地發現最近的一個或許就在冥王星軌道以內的地方！他們發現：如果薄膜黑洞只佔整個銀河系總質量的1％，那麼太陽系內至少會有數千個薄膜黑洞。

　　Keeton等人預測：由於薄膜黑洞會對從其他星系向地球方向發出的電磁輻射產生所謂的重力透鏡效應（gravitational lensing），尤其是珈瑪射線爆發（ bursts of gamma rays）時，薄膜黑洞將阻礙珈瑪射線的前進，就像池塘中的石塊會阻擋漣漪波動通過一樣，而在石塊後方形成干涉條紋（interference pattern）－某些地方因波動相加而使波峰變得更高、某些地方的因相減而使波谷變得更低；Keeton等人發現：薄膜宇宙所提的第四度空間，會讓干涉條紋的間隔變得比較靠近！所以從干涉條紋的型態特徵就可以瞭解薄膜黑洞的特性，由此可進而瞭解時空結構的特性。

　　NASA計畫將在2007年8月發射Gamma-ray Large Area Space Telescope，Keeton等人希望屆時能利用這架太空望遠鏡進行相關測試。