T他的冒险是一部经典的科幻小说平地埃德温·艾伯特(Edwin Abbott)的作品。小说由一个自称“正方形”(a Square)的二维生物讲述，他知道自己被嵌入了一个名为“空间之地”(Spaceland)的三维世界，而自己却不知道。像Square先生一样，过去一个世纪的物理学家们已经开始考虑我们的世界是否只是四维甚至十维空间的一小部分。如果我们能上升到更高的领域，我们就能把自己从普通空间的束缚中解放出来。我们可以通过弯曲手臂的另一个维度去够到一个锁着的保险箱，或者看到展现在我们面前的人体内部。我们可能最终领悟到自然的深层统一性。
但近年来，维度传奇发生了一个奇怪的转折：空间的维度可能不会比我们周围所感知的更多，但是较少的．
空间的收缩围绕着一个与引力有关的问题，引力是自然界四种基本力量之一。两个物体之间的万有引力随着物体的靠近而增强。对于其他力也是如此，比如电磁力和弱力。但与这些力不同的是，重力在小范围内会经历额外的强化。它的吸引力取决于物体的质量，或者等效地说，取决于能量，量子物理的不确定性原理导致了能量的最小值。当物体彼此足够接近时，最小值开始与距离成反比增加，导致它们以加倍的强度相互吸引。自然的其他力量也经历量子的增强或减弱，但程度要小得多。结果，引力，这个在日常尺度上很容易被击败的力，赶上了其他力，并在一个被称为普朗克尺度的亚次亚原子距离上成为相等的力(大约是一万亿分之一万亿分之一米)。
由于重力的强度不再增加，没有任何东西能区分一个刻度和另一个刻度。一切看起来都一样。
事实上，标准引力理论预测，引力在这个尺度上变得如此强大，以至于物质会坍缩成黑洞。因为引力反映了时空的形状，它的无限强化表明时空连续体被撕成碎片，所以我们在日常生活中体验到的无特征的广阔空间不可能是现实的基本特征。要么一定会有别的结构取代它，要么一定会有别的东西阻止重力在小尺度下爆炸，保持时空的基本状态，要么两者兼而有之。不管怎样，标准理论肯定是不完整的。
探究时空的微观结构是量子引力的问题，这个问题从爱因斯坦开始就一直困扰着物理学家。把三个理论学家放在一个房间里，你会听到关于它可能是什么的四种想法:棋盘一样的离散细胞竞技场，波动几何结构的泡沫，振动弦的凝聚，交织的环的织物，等等。
然而，令人惊讶的是，理论家们现在发现，许多这些不同的可能性都有一个共同的特点：在其最精细的尺度上，空间除了一个维度外，其他维度都在下降，在这个过程中，它驯服了重力。事实上，一维空间是重力不会随着距离的缩小而爆炸的唯一场所。
尺寸收缩是将时空作为自然的基本特征保存下来，还是它最终消失的前奏，目前尚不清楚。然而，不管是什么情况，“两个维度（一个空间和一个时间）似乎是重力想要生存的自然维度，”荷兰拉德布大学的理论物理学家弗兰克·索雷西格（Frank Saueressig）如是说。1
用…的语言平地在美国，我们可能都不是生活在“太空之地”，而是生活在“线之地”。
一个尽管空间的维度看起来很神秘，但它有一个非常明确的含义：它决定了物体的大小、事件的速度以及当物体变大或变小时力的强度是如何变化的。在普通的三维空间中，如果将球体的半径增加一倍，其体积将增加八倍。在四维空间，它会上升16倍；在二维中，只有四倍。
所以，如果你不知道空间有多少维，你可以从体积比例来推断。如果你注意到比例关系不是固定的，如果你把球面的半径加倍它的体积不再增加8倍，你会发现空间的维度是变化的。
这就是许多物理学家怀疑正在发生在引力上的事情。
让他们沿着这些思路思考的是2000年代中期对普朗克尺度时空形状的一系列计算机模拟。Radboud的Renate Loll和她的同事们设计了一种称为因果动力学三角剖分的算法，用量子属性嵌入他们模拟的时空。他们能够证明在可观测尺度上的空间应该是三维的，就像我们所经历的那样。但是，如果重力的强度发生变化，太空可能会经历一个过渡，要么是尺寸更小的树状结构，要么是尺寸更大的皱褶，几乎就像太空冻结或沸腾一样。
即使太空看起来令人放心地是三维的，它也掩盖了它的外表。研究人员想象开始一段漫步，每一步都是随机的，就像气体分子绕着一个体积旋转一样。在三维空间中，如果你将旅程长度加倍，你回到起点的机会就会减少根号8。然而，模拟结果发现，在普朗克尺度附近，下降速度较慢，似乎有更小的空间可以让人迷失。这是更少维度的一个迹象。
根据体积测量，空间是三维的，但根据随机运动的行为，它是一维的，甚至是分数维的。这种差异不仅是一个信号，表明空间变得不那么宽敞，而且随着重力开始显示其量子方面，其本质也发生了变化。“当你没有一个正常的流形时，通常有很多不同的‘维度’的定义，”加利福尼亚大学戴维斯分校的Steve Carlip说。
时空连续体被撕成碎片，所以我们在日常生活中体验到的无特征的广阔空间不能成为现实的基本特征。
就像任何科学领域的计算机模拟一样，因果动态三角剖分是一个黑匣子：它们将方程作为输入，生成数字作为输出，但不会告诉你发生了什么以及为什么。“这仍然是一个谜，它到底意味着什么，”洛尔说。到目前为止，最接近于解释这些维度体操的理论被称为渐近安全理论，它是量子引力的黑马候选者，可以追溯到20世纪70年代末。它假设重力有一种内置的调节器，使它“安全”。我们在日常生活中从未见过的重力特征在普朗克尺度附近起作用，使力达到某种有限的最大强度，而不是无限制地增强。渐近安全吸引了许多粒子物理学家，因为它意味着重力就像控制原子核的力一样，在短距离内会减弱。
根据渐近安全理论，空间失去维度并不是因为它像被压扁的汽水罐一样，而是因为量子效应导致它剧烈波动，改变了粒子在世界上航行的常规规则。例如，一个随机移动的粒子可能会保留一些它的路径记忆，并避开它已经在的地方——就像70年代的电子游戏《贪吃蛇》，在游戏中，你控制一个移动的点，同时尽量避免撞到自己的路径。Saueressig说，由于它的运动受到这个限制，粒子可能有更高的概率返回到它的起始点，产生通过更少维度运动的效果。
似乎摧毁一个或两个维度还不够彻底，渐近安全还需要对空间进行更深刻的转变。如果引力平台在小尺度上永远不会强大到产生普朗克尺度的黑洞，那么时空连续体就不会像标准理论预测的那样被粉碎。相反，它保持了真正的连续:你可以无限制地放大。但如果你真的放大，你很快就会发现自己迷失了方向。随着重力(可能还有其他自然力量)的力量不再增加，没有什么能区分不同的尺度。一切看起来都一样。每个部分都类似于整体。这就是分形结构的定义。
德国美因茨大学渐近安全理论的老前辈马丁·罗伊特(Martin Reuter)将这个层次的宇宙比作一种紊流:漩涡中的漩涡。距离不再有固定的含义，因为两点之间的路径长度取决于缩放水平，就像大不列颠的海岸线随着摆动次数的增加而变长。
O三维空间似乎可以将重力从自身中拯救出来。但仅凭这一点，还不足以说服物理学家相信，空间确实在小尺度上摆脱了维度。任何理论的第一个检验就是它的内在一致性。渐进安全的支持者，以及其他提出维度损失的方法，公开承认他们还没有证明这一点。
事实上，一些评论家认为这是渐近安全不能功，因为它落在了黑洞的物理上。这些宇宙天坑的内部复杂性随其表面面积的增大而增大。但在任何一个连续体理论中，包括渐近安全理论，复杂性都应该随着内部体积的增大而增大。支持者反驳说，如果空间维度的数量改变了，这些缩放规则就会改变，也许就能确保一切顺利。
即使渐近引力不是终极理论，它仍然可能是一个有用的垫脚石，以假定理论，空间从一个潜在的无空间水平。“在‘无时空’和‘正常时空’之间，很可能有‘怪异时空’，”德国波茨坦马克斯普朗克引力物理研究所的Daniele Oriti说。
实验室实验不太可能在短期内解决这个问题——事实上，在量子引力问题上解决不了任何问题，因为普朗克尺度比现代仪器能探测到的要小得多。宇宙学观测是一个更好的选择。路透社指出，早期宇宙看起来的确是尺度不变的:不同大小的密度变化具有相同的大小。这支持了渐近安全理论，以及一个时空是自然的基本特征。但其他理论为尺度不变性提供了不同的解释。
即使所有暗示维度消失的理论都被证明是错误的，它们也可能以一种模糊的方式，抓住了量子引力的深层特征。“这是它如此有趣的部分原因，”Carlip说。“这可能揭示了量子引力的一些深层问题，这些非常不同的方法都有共同之处。但我们不知道那是什么。”
在1884年版平地阿博特用他的角色A Square的声音谴责道，我们“都是各自维度偏见的奴隶”。今天，物理学家们正在学习抛弃他们自己的维度偏见。毕竟，正如Square先生所写的那样，“接触大自然，所有的世界都是相似的。”
乔治·马瑟是一位物理学和宇宙学的作家，著有《弦理论白痴指南》和幽灵般的远距离行动(Farrar, Straus和Giroux即将发来)。他是科学美国人并获得了美国物理科学学会写作奖等奖项。
