中子星的異常表現可能意味著空間中存在新的維度。

在1884年的科幻小說《平面國》中，二維生物被一個三維球體震撼。有趣的是，現在的人類物理學家們也在思考一個相關問題：宇宙中是否存在更多的維度？

對額外維度的系統性科學探索始于愛因斯坦的老師赫爾曼·閔可夫斯基，他意識到只有空間和時間的結合體——時空——才真實存在。這意味著宇宙實際上是四維的，不過其中一個維度是時間，而不是額外的空間維度。但空間會不會真的還有更多維度呢？

20世紀中葉開始，科學家們猜測宇宙可能比我們想象的更復雜。這種猜測源自一個出人意料的現象：引力的極端微弱。

引力和其他作用力相比，弱得不可思議。雖然其他作用力強度之間也有差異，但引力的強度只有其他力的萬億萬億分之一。這就好比拿一個原子和整個太陽系相比，根本不在一個量級上。

此外物理學中還有一個不解之謎：那就是基本作用力的強度為什么會是現在這樣的一個不多不少的恒定值？

科學家相信，如果能弄清楚為什么引力特別弱，那么就有可能弄清楚其他作用力強度的來源。而答案或許就在額外的維度里。

1999年，麗莎·蘭道爾教授提出了一個大膽的猜想：也許引力并沒有我們想象的那么弱，它只是泄漏到了其它維度。就像《平面國》里的居民只能感知二維世界一樣，我們可能也被困在一個“膜”宇宙中，而引力卻可以向更高的維度逃逸。

通常認為，時空存在三個空間維度和一個時間維度。但在一些理論中，我們所在的宇宙隸屬于一個更大的結構。這個結構被稱為“體”。“體”宇宙包含額外的維度，可以分解為無數個四維時空的“膜”——我們的宇宙便是其中之一。

如果“膜”宇宙假說為真，那么我們完全無法想象宇宙究竟有多宏偉。

然而我們無法直接看見和體驗“體”宇宙，因為我們宇宙中的一切，都被限制在“膜”內。而引力可能是例外，它能夠突破“膜”的限制，在“體”宇宙中傳播。而這可能也是它表現得那么弱的原因——它向“體”宇宙的滲透，導致它被稀釋了。

理論上，額外的維度可以通過提供額外的能量源——物理學家稱之為“暗輻射”——以及額外的壓力源——稱為“暗壓力”——來顯現。“暗輻射”好比一種看不見的光，可以攜帶和傳輸能量；而“暗壓力”則是對抗通常引力內拉作用的額外支撐。這兩者都是“修改引力論”中的新增項，是愛因斯坦廣義相對論中所沒有的。

我們無法在日常環境中驗證這一理論。于是科學家們在宇宙中，找到了一個理想的天然實驗室——中子星。

中子星是宇宙中大質量恒星死亡后留下的內核。它們的體積通常只有城市般大，質量卻可以相當于整個太陽。中子星的密度高得不可思議：一立方厘米中子星物質的質量可以高達數億噸。它們的表面引力如此之強，以至于在某些中子星上，光可以被迫圍繞它們運行。

重要的一點是，理論上在這樣的極端環境里，任何微小的引力異常都會被放大。而且，如果來自額外維度的“暗輻射”和“暗壓力”真的能夠改變引力機制，那么它們就有可能影響中子星的緊湊程度、散熱效率，甚至內部結構。

事實上，有些中子星的表現也確實出奇地怪異。

2019年，LIGO引力波探測器發現了一個與黑洞合并的神秘天體：它的質量比理論上中子星可以達到的最高值還高，卻又比最小的黑洞還小。雖然目前尚不能排除其他可能，但是計算結果已經表明，可以用存在額外的維度來解釋這一現象。如果存在額外維度，那么引力的運作方式會因“膜”和“體”宇宙的相互作用而被改變，進而導致中子星獲得額外的、無法解釋的質量。

天文學家在觀測由中子星組成的雙星系統時，還發現了幾乎規律但又略顯異常的亮度波動。這可能是中子星與其周圍物質之間的復雜引力相互作用引起的。但也有理論學家指出，“膜”和“體”宇宙的相互作用，也會改變引力的運作方式，進而產生這種特殊的節奏。

其實不僅僅是引力，其他基本作用力可能也會通過中子星向我們暗示存在額外的維度。

中子星磁場強度可達地球的千萬億倍，可以撕碎任何靠近的物質。隨著中子星自轉，這個超強磁場會產生電場，形成輻射束，從其軸線上噴射出去。

如果真的存在“膜”宇宙和“體宇宙”，那么這時磁場與電場的相互作用就會被削弱，它們的強度會減弱，進而輻射束也會比傳統理論的預測窄。而這是可以通過觀測加以證實的。

中子星的超強輻射噴流可能因為宇宙中存在我們尚未探測到的額外維度而變得比理論預測窄。

參考
Neutron Stars Hint at Another Dimension
https://nautil.us/neutron-stars-hint-at-another-dimension-1202180/
Braneworld Neutron Stars: Constraining Brane Tension with Observational Data
https://arxiv.org/pdf/2501.10730
Quasiperiodic oscillations in a strong gravitational field around neutron stars testing braneworld models
https://arxiv.org/pdf/0812.0720
Braneworld effects in plasma magnetosphere of a slowly rotating magnetized neutron starhttps://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0218271819501281
Quasi-periodic oscillations in low-mass X-ray binaries and constraints on the equation of state of neutron star matter
https://academic.oup.com/mnras/article/308/3/718/973461