【9】超膜通讯（公开/推衍）
关于超膜通讯/监测技术的相关问题与其M理论基础
超膜通讯技术基于M理论，而M理论包括五种超弦理论和十一维空间超引力理论。弦论引入了额外维度，即粒子能够运动的额外方向。与常规的三维空间相比，弦论增加了6~7个维度。过去，弦论物理学家认为这些额外维度蜷曲在微观尺度，因而没有宏观表现，人类因此无法看见也无法进入额外维度。
但最新研究显示，部分或所有的额外维度可能都是展开或无限大的，人类接触不到额外维度并不是因为它们蜷曲在微观尺度，而是因为组成人类身体的粒子被限制在常规的三维空间中，也就是所谓的可观测宇宙。
可观测宇宙处于更高维度的内三维表面上，也就是超膜（简称‘膜’）。常规物质被束缚在膜上。但也有些存在能够逃逸出去，例如引力。
逃逸出超膜的引力子重新被膜捕获时会产生可被观测的极微弱引力震荡（也叫超距震荡），借由超距震荡这一特殊效应可以实现传播速度趋近无穷大，传播距离趋近无穷远的信息传递。
当前理论认为人工产生可观测超距震荡的方式有且只有超空间泡形成与破裂时生成的超距震荡，其效率极为低下，绝大部分能量都化作短波引力子与其他高能形式散失，只有少部分能量转化为可对超膜产生超距震荡的长波引力子。
之所以只有长波引力子可以产生超距震荡是因为引力极化的缘故（详见补充内容）中短波引力子没法或很难逃逸到其他维度，但长波引力子更容易逃逸。
并且，由于额外维度的严重扭曲（不是蜷曲），位于其中的引力子将以超距方式重新作用到膜上，并且使得长波引力子不只是作用于极远处，在相对近的尺度上也能被观测到影响，在这也是超膜通讯为什么可以超光速传播信息。
但在额外维度中，引力的强度衰减次方随维度数量的增加而增加（详见补充内容），因此，能够以超距作用超光速传播的引力子对极远处膜的作用极其微小，远小于引力强度在额外维度的衰减，因此人类不可能接收到来自仙女系的超膜通讯信息，甚至接受来自河系另一端的超膜讯息也是极其困难的。
目前测得的超距震荡作用随距离的增加呈九次方衰减，这使得观测人工超距震荡变得极其困难，但并非不可能，利用超空间泡发生器组成立体相控阵的方式形成超距震荡波束的方式来强化某一方向上的发送。
不过，超膜本身存在引力逃逸背景震荡，越靠近大质量天体的地方背景震荡就越强，因此以超距震荡为监测手段的哨兵阵列需要挑选星际间的空旷位置设立。
而超空间泡的产生与破裂在近距离处会对超距震荡监测产生毁灭性的干扰，因此哨兵阵列附近星域在绝大多数时间内禁止跃迁，通常只使用曲率/曲速航行进行人员物资补充。
虽然使用超距震荡传递信息需要消耗巨大能量，但超空间泡在形成与破裂时释放的能量来源于量子真空，超空间泡如果不形变释能而是直接破裂的话，那么超空间泡将不会把构造超空间泡时借取的能量归还给量子真空，这将导致真空能级下跌，加速宇宙热寂。
但即使超空间泡形变释能也只是归还大部分能量，剩下的能量的67%转化为跃迁弧光（高能伽马辐射），33%转化为引力子，因此跃迁的起跳与回归都将表现出可被观测到的超距震荡，但其强度明显比超空间泡直接破裂小得多，
因此在战舰上可以装备超膜通讯发射机构，但它可发送的信息非常少，而且通常是一次性的，可重复使用的超膜通讯发射机构通常是跃迁飞船本身或是搭载的跃迁舰载机，通过多次短跳的方式发送信息密度与发送距离都低到可怜的信息。
超膜监测阵列同样如此，短距离低灵敏度的早期预警阵列可以装备在舰船上，但超远距离的超膜监测阵列需要天体级的空间完成展开，虽然可以舰载，但不可能便捷部署与移动使用，通常为一只舰队组成超距震荡甚长基线干涉测量阵列的形式接受讯息，而且其性能相较于哨兵阵列具有极其明显的差距。而且超距震荡无法产生可观测的回波，因此无法基于超距震荡原理研发超光速雷达。
补充内容：
M理论认为引力之所以能够从膜上逃逸，是因为它与其他力有着本质上的不同。根据量子场论的解释，引力是由一种特殊粒子——引力子产生。
虽然相对论认为引力是空间弯曲的表现形式，但新的理论认为空间反而是物质（引力子与其他粒子）的共同组成形式，空间与物质是密不可分的存在，没有物质就没有空间，这也是统合相对论与量子力学的重要前提。
即——时间是物质的连续变化，空间是物质的共同存在。
量子物理认为引力子是一个自旋为2、质量为零、不带电荷的玻色子。为了传递引力，引力子必须以永远相吸、作用范围无限远及无限多的形态出现。
两个物体相互吸引，是因为引力子在它们中间流动，就像电场力或磁场力是由两带电粒子之间的光子流动所产生的一样。
当引力处于静态时，引力子是‘虚’的。尽管能够测量其效果，但它们无法作为独立粒子被观测到。太阳能将地球束缚在其公转轨道上，是因为它发射出的虚引力子被地球吸收了。而能被直接观测到的‘实’引力子对应于某些事件发出的引力波。
根据弦理论的构想，引力子与其他所有粒子一样，最终可归为细弦的振动。但电子、质子和光子是开弦的振动，像小提琴弦，而引力子则是闭环的振动，像橡皮圈。开弦的末端不能自由移动，它们被束缚在膜上。如果将开弦从膜上拉出来，弦会变长，就像一根弹性绳，但仍然保持在膜上。但引力子这样的闭弦不会固定在膜上，它们可以自由遨游整个高维空间。
当然，引力子也不是绝对的自由。如果那样，标准引力定律会明显失效。引力子被束缚是因为额外维度与常规的三个维度不同，它们严重扭曲，产生了难以逾越的陡峭深谷。关键在于，由于额外维度严重扭曲，尽管它们在广度上是无限的，其体积实际上是有限的。
至于一个广度无限的空间为何会有有限的体积，这个问题近似于数学上的托里拆利小号问题。一个y=1/x（x的域为x≥1）的曲线沿x轴旋转而成的三维形状，其表面积无限大，但体积为Π。
如果不能理解，请想象一个无限深的V型杯，当我们向其中倒酒，酒杯的半径与深度成反比而不断缩小。要添满酒杯，只需要有限的酒，也就是有限的空间。
由于酒杯是弯曲的，其体积集中在杯顶附近，也就是额外维度空间的体积集中在膜上。因此，引力子在大多数情况下只出现在膜上。随着与膜距离的增加，找到引力子的概率就迅速减小。用量子理论的术语来说就是，引力子的波函数在膜上达到峰值，这也被称作引力局域化。
该理论认为在可观测的最大尺度上，引力子可能逃逸到了额外维度中，引力因此变成了斥力。因此可以在不使用暗能量理论给标准宇宙模型打补丁的基础上合理解释宇宙的加速膨胀问题。
暗能量理论现有两种模型：宇宙学常数（即一种均匀充满空间的常能量密度）和标量场（即一个能量密度随时空变化的动力学场，例如暴涨场）。对宇宙有恒定影响的标量场常被包含在宇宙常数中。宇宙常数在物理上等价于真空能量。在空间上变化的标量场很难从宇宙常数中分离出来，因为变化太缓慢了。
宇宙学常数表示空间本身内含的能量。即使是不包含任何物质、完全虚空的空间，仍然包含这些能量，约每立方米10^-26千克。尽管宇宙学常数与目前所有已知数据吻合，但它的问题在于无法解释它为何如此之小，小到它对大部分宇宙历史都没有影响，包括宇宙形成的早期阶段。更让人难以接受的是，它比产生它的物理过程的能级还要小得多。
为了解决这个问题，许多物理学家提出，宇宙加速膨胀并非由空间自身引起，薄雾一样充满空间的能量场才是罪魁祸首。某些在空间中均匀分布的场，其势能有着跟宇宙学常数非常相似的作用。其中有一种叫作“暴胀子”的场，被认为曾经驱动了早期宇宙的加速膨胀阶段，即宇宙暴胀。也许另一个类似的场已经抬头，正驱动宇宙进入另一个暴胀过程。第二种场被称为“精质”（quintessence）。和宇宙学常数一样，它必须具有非常小的数值。但这一理论的支持者认为，与静态的常数相比，要解释一个非常小的动态物理量应该更容易一些。
无论是宇宙数还是“精质”，都属于暗能量的广义范畴。到目前为止，二者仍然缺少令人信服的解释，这也是为什么物理学家正在认真考虑更高维度的理论。额外维度理论的诱人之处在于它能自然而然地改变引力的行为。当引力按照牛顿理论或者广义相对论起作用时，其大小与物体之间距离的平方成反比。原因可以用简单的几何学来解释：引力的大小取决于引力线的密度。随着距离增加，这些引力线将在一个不断变大的边界上散开。在三维空间，该边界是二维表面，即一个面，它的大小随着距离平方的增加而增大。
如果空间是四维的，那么它的边界将是三维的立体空间，其大小随着距离的立方变化。这种情况下，引力线的密度将随距离的立方而减少。因此，在相同距离处，四维空间的引力将比三维世界更弱。在宇宙尺度上，引力的减弱将导致宇宙膨胀加速。
为什么只有在宇宙尺度上，引力的减弱会导致宇宙加速膨胀？
虽然引力子可以逃逸到额外维度上但它并非绝对自由，假设引力子由膜上的恒星或其他天体发出，它们能够逃逸到额外维度上，但只有当传播距离超过临界距离时才可以。
引力子的行为就像金属片上的声波。用锤子敲打金属片产生的声波，并非只在金属的二维表面传播，还有部分能量损失到周围的空气中去了。在锤子敲打的位置附近，这些能量可以忽略不计。但是在远处，损失的能量则显著增加。
对于物体间距超过临界距离的引力而言，这种逃逸具有深刻影响。在物体之间传递的虚引力子会沿着所有可能的路径传播，逃逸过程打开了通向多维空间的通道，从而让引力定律发生变化。
就膜本身而言，它是一种‘实在’，引力在膜上的传播与在周围空间的传播是不一样的。原因是电子、质子等开弦粒子只能够存在于膜上。即使是看似空无一物的膜，其中仍然包含有川流不息的虚电子、虚质子以及其他粒子，它们在量子涨落中不断出现再湮灭。这些粒子都能产生并响应引力。相反，膜周围的空间是真正的‘虚空’。引力子能够在其中遨游，但除了彼此相互作用之外，再没有其他物质可以互动。
膜里面充满了带有正能量和负能量的虚粒子，在外加引力场的作用下，膜会发生引力极化，正能量和负能量粒子将会略微分开。如果产生振动引力场的引力子的波长处于适当范围内，大约在0.1毫米（或者更小，取决于额外维度的数量）到100亿光年之间，那么它就能让膜极化并被抵消掉，这时被极化的膜会将引力子拉回膜上。
这种拉回仅仅发生在进入或者离开膜的引力子身上。和光子一样，引力子是横波，振动方向与传播的方向垂直。进入或离开膜的引力子倾向于推动粒子沿着膜运动，这也是粒子能够移动的方向。
因此，这些引力子能让膜极化，进而被拉回。而沿着膜移动的引力子则倾向于推动粒子离开膜，这是粒子不能进入的方向。因此，这些引力子不能使膜极化，它们可以没有障碍地移动。实际上，大多数引力子介于这两种极端情形之间。它们以与膜成斜角的方向穿越空间，在被抵消之前可能已经行进了几十亿光年。
这样，膜将自己保护起来，免受额外维度的影响。如果一个中微波长的引力子试图进入膜或从膜上逃逸，膜中的粒子就会重新分布，进而抵消影响。引力子只能沿着膜移动，因此引力遵循平方反比定律。
但是，长波引力子却能自由穿越额外维度。在短距离上，这些引力子没有什么影响。但在与其波长相当的距离上，引力子将起主导作用。此时，膜不可避免地要受到额外维度的影响。 引力定律将服从立方反比定律 （如果只有一个额外维度是无限的）、四次方反比定律（如果有两个维度是无限的），或者更高次方反比定律。在所有这些情形中，引力的大小都被削弱了。
在大尺度上引力逃逸削弱了妨碍宇宙膨胀的引力拖曳，直至减速效果变成负的，也就是变成了加速。要理解这种微妙的效应就需要明白引力逃逸是如何改变广义相对论的。
爱因斯坦提出的广义相对论的核心思想是：引力是时空弯曲的结果，时空弯曲的曲率与它包含的物质和能量的密度有关。太阳吸引地球是因为它扭曲了附近的时空。没有物质和能量就意味着没有时空弯曲和引力。但在高维宇宙的理论中，时空曲率和物质密度的关系发生了改变。额外维度在引力方程中引入了一个修正项，以确保完全不含物质和能量的膜的曲率不为零。结果就是，膜受到引力逃逸的拉扯，产生了与物质和能量密度无关，并且无法消除的时空弯曲。
我们宇宙的粒子能够重新排列以抵消某些波长的引力子对膜的拉扯。但是，长波引力子却能随意进出膜。太阳释放‘虚’引力子，产生对地球的引力。这些引力子波长相对较短，因此无法逃离膜。对它们来说，额外维度等同于不存在。两个遥远星系释放长波引力子。这些引力子能够逃逸到额外维度，引力定律也随之发生改变，削弱了星系之间的引力。
随着时间的推移，物质和能量逐渐在宇宙膨胀中稀释，它们产生的曲率也在减小。此时，这种无法消除的时空弯曲就变得越来越重要，并导致宇宙的曲率最终接近一个常数。如果宇宙中充满一种不随时间推移而稀释的物质，也会产生相同的效果。这种物质不是别的，正是宇宙学常数。因此，膜上这种无法消除的时空弯曲就像是宇宙学常数，推动着宇宙加速膨胀。
这并非唯一假定标准引力定律在大尺度上失效的理论。2002年，法国高等科学研究院的蒂博·达穆尔（Thibault Damour）和安东尼奥斯·帕帕佐格卢（Antonios Papazoglou）以及牛津大学的伊恩·科根（Ian Kogan）提出，存在一种特殊的引力子，它有着微小的质量。如果引力子有质量，引力就不再遵从平方反比定律。它们不稳定而且逐渐衰减，有着与引力子逃逸几乎完全相同的效果：引力子在长距离传播后会消失，引力减弱，导致宇宙膨胀加速。芝加哥大学的肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）、维克拉姆·杜复里（Vikram Duvvuri）和迈克尔·特纳（Michael Turner）以及锡拉库扎大学的马克 · 特里登（Mark Trodden）引入了几个与时空曲率成反比的小附加项，对爱因斯坦的三维引力理论进行了修正。
弦论是连接极大与极小尺度的桥梁，而宇宙的命运现在正维系在这根弦上。
本设定的现实理论支持来源于马克斯·普朗克物理研究所主任Giorgi Dvali 【乔治·德瓦利】发表在《物理评论》和《物理快报》上的一系列文章与研究。即ADD模型（大额外维度模型），本设定仅为科幻故事需要设立，请务必注意甄别。
……
参考文献
N. Arkani-Hamed; S. Dimopoulos; G. Dvali (1998). "The Hierarchy problem and new dimensions at a millimeter". Physics Letters. B429 (3–4): 263–272. arXiv:hep-ph/9803315. Bibcode:1998PhLB.429.263A. doi:10.1016/S0370-2693(98)00466-3. S2CID 15903444.
N. Arkani-Hamed;S. 迪莫普洛斯；G. Dvali （1998 年）。“层次结构问题和毫米的新维度”。物理快报。B429 （3-4）：263-272。arXiv：hep-ph/9803315。参考文献编号：1998PhLB.doi：10.1016/S0370-2693（98）00466-3.S2CID15903444。
……
N. Arkani-Hamed; S. Dimopoulos; G. Dvali (1999). "Phenomenology, astrophysics and cosmology of theories with submillimeter dimensions and TeV scale quantum gravity". Physical Review. D59 (8): 086004. arXiv:hep-ph/9807344. Bibcode:1999PhRvD.59h6004A. CiteSeerX 10.1.1.345.9889. doi:10.1103/PhysRevD.59.086004. S2CID 18385871.
N. Arkani-Hamed;S. 迪莫普洛斯；G. Dvali （1999 年）。“具有亚毫米维度和 TeV 尺度量子引力的理论的现象学、天体物理学和宇宙学”。物理审查。D59 （8）： 086004.arXiv：hep-ph/9807344。参考文献编号：1999PhRvD.59h6004A. 引用SeerX10.1.1.345.9889。doi：10.1103/PhysRevD.59.086004.S2CID18385871。
