登陆注册
3269700000008

第8章 时空之谜(3)

通常情况下,时空弯曲的量级是很小的。只有在黑洞或其他强引力场情况下,才有大的弯曲。当你第一次在爱因斯坦的相对论里见到“弯曲空间”这个字眼时,恐怕是会感到困惑的,真空怎么能是弯曲的呢?你怎样能使它弯曲起来呢?为了弄明白这是怎么一回事,先让我们这样想象:在一艘宇宙飞船里,有人在仔细观察附近的一颗行星。这颗行星的表面完全被深深的海洋覆盖着,因此有着象台球那样的光滑表面。再假设有一条船在那个行星的海洋上沿赤道线朝正东方向行驶着。现在再进一步设想一下,这位观察者根本看不见这颗行星,而只能看到这条船。当他研究这条船的运动路线时,他会惊讶地发现这条船走的是一条圆弧。它最后会回到自己的出发点,从而描绘出一个完整的圆周。如果这条船改变路线,航道就会变得弯弯折折的,不再是个简单的圆周。但是,不管它怎么改道,无论它怎么行进,它的航线总是在一个球面上。根据所有这些事实,这位观察者可能会推断出,这条船被束缚在一个看不见的球体的表面上,而束缚它的力正是指向球体中心的重力。要不,他就可能会认为,这条船被限制在一块特殊的空间里面。

这块空间是弯曲的,而且弯曲成一个球形,从而迫使这条船走出这样的路线来。换句话说,我们必须在一个力和一种空间几何形态之间作出选择。你大概会认为这是一种想象出来的局面,但实际上并非如此。地球这颗行星是沿着椭圆路线绕着太阳运行的,正像一条船在某个看不见的曲面上行驶一样。至于这条椭圆路线,我们是假设太阳和地球之间有一种引力来解释的,正是这种引力使地球保持在它的轨道上。不过,我们也可以从空间几何形态来考虑问题。我们不是通过观察空间本身——空间是看不见的——而是通过考察物体在这种空间里的运动方式,来确定这种空间的几何形态。如果空间是“平坦的”,各种物体就会走直线从这个空间中通过,如果空间是“弯曲的”,各种物体就会走出弯曲的路线来。一个具有确定质量和速度的物体,如果在离开其他质量都很远的地方运动,那么,它的路径真的可以说是一条直线。而当它走近另一个质量的时候,它的路径就会变得越来越弯曲,显然,是质量把空间弯曲了。

质量越大,离质量越近,空间弯曲的曲率就越大。把万有引力看作是一个力,看来要比用空间几何形态去解释它方便得多,也自然得多。但是,如果在考虑光的行进时,情形就会颠倒过来。按照比较旧的观点,光是不受重力影响的,因为它没有质量。然而,当光在弯曲空间里穿过时,它的路径也会弯曲起来。把光的速度考虑进来,它在太阳这个巨大质量的附近经过时路径的弯曲就能计算出来了。1919年,爱因斯坦的这一理论(发表于三年之前)在一次日蚀期间受到了检验,人们把太阳位于空间某处时靠近太阳的某些恒星的位置,与太阳不在此处时这些恒星的位置进行了比较。结果,爱因斯坦的理论站住脚了。用弯曲空间来讨论万有引力,看来要比用力学术语更为精确。不过,我们还应该提一下,1967年,人们对太阳的形状所进行的精密测量,发现爱因斯坦的引力理论出了问题,今后将会发生些什么情况?

让未来证明一切吧!

宇宙是如何分裂的?

这是科学家对宇宙诞生所描绘的又一幅场景,也是现代科技对宇宙的进一步认知,事实是不是这样?还要看将来的发展。在宇宙的极早期,它诞生的10~43秒内,它的直径仅有10~33厘米,含有丰富的十维空间,所有的空间维都平等地卷缩在一起。在那样的空间中,宇宙的能量极高、温度极高,所有四种力都融为一体,相对论和量子理论可以归结为一个理论。但是,这样高维度、高能量、高温度的空间是极不稳定的,就像胀气太多的气球,于是大爆炸发生了。维度被解散、能量发散、温度降低。三维的空间和一维的时间无限延伸开来,逐渐形成了我们今天可感知的宇宙;而另外六维的空间则仍然卷缩在普朗克尺度(即10~33厘米)以内。当宇宙处在1032K这样极高的温度(这温度比我们得到的太阳的温度高1026倍)时,引力与其他大统一力分离开来,引力随着宇宙的膨胀而不断延伸成长程力。随着宇宙进一步胀大和冷却,其它三种力也开始破裂,强相互作用力和弱——电力剥离开来。

当宇宙产生10~9秒之后,它的温度降低到了1015K,这时弱——电力破缺为电磁力和弱相互作用力。在这一温度,所有四种力都已相互分离,宇宙成了由自由夸克、轻子和光子组成的一锅“汤”。稍后,随着宇宙进一步冷却,夸克组合成质子和中子。它们最终形成原子核。在宇宙产生3分钟后,稳定的原子核开始形成。当大爆炸发生30万年后,最早的原子问世。宇宙的温度降至3000K,氢原子可以形成,其不至于由碰撞而破裂。此时,宇宙终于变得透明,光可以传播数光年而不被吸收。在大爆炸发生100至200亿年后的今天,宇宙惊人的不对称,破缺致使四种力彼此间有惊人的差异。原来火球的温度现在已被冷却至3K,这已接近绝对零度。这就是宇宙的演变史,随着宇宙的渐渐冷却,力将解除相互的纠缠,逐步分离出来。首先引力破裂出来,然后强相互作用力,接着弱力,最后只有电磁力保持不破缺。

神奇的超弦理论

科学和技术是密不可分的,但科学总是超前于技术,有时科学达到的高度,却长时期没有技术手段去证明它,这就造成了科学理论的“神奇”,不过人类只要有了科学的理论,总会想办法去证明它,不过那时间要多长却不得而知。神奇的超弦理论今天,我们深深知道,浩瀚宇宙中所有纷繁复杂的现象都可以追溯到同一个源头,人类发现的大大小小的规律最终都可以被一个根本的规律所囊括。为了理解这一点,我们以地球生命的发展为例:我们人类不同的人种都可以追溯到同一个起源,而人、猩猩、猿猴又可以追溯到同一个祖先,以此类推,所有的哺乳动物都拥有相同的祖先,所有的动植物也都拥有相同的祖先,最后,所有的生命都起源于同一个细胞——生命只有一个源头。宇宙中所有星系的起源也同样能够追溯到同一个源头,太阳系中的星体都起源于同一个星云,所有的星云都起源于相同的分子,所有的分子都由那几百种基本粒子演变而来。

这样,顺着时间之流一直向上溯源,我们终于来到了大爆炸开始的时刻,在这里,空间、时间和物质都是融为一体的,一切都归结为一点。宇宙从同一点出发,经过了100多亿年的漫长岁月,进化出一个复杂多变的世界,但不管这个世界是如何千变万化,在所有现象的背后,都有一个最根本的规律在运行,这就是宇宙起点时的源头规律。这个规律就是一个包罗万象的规律——所谓“万物至理”即是如此。“量子理论”模拟图这个“万物至理”的理论就是超弦理论,它建构了宇宙开始时刻的十维空间图象,随着十维空间的崩裂,超弦理论也分裂成两个理论——相对论和量子理论。此后,随着物质丰富性的增加,它们又分裂成更多的理论。今天,我们不断向上回溯,终于描绘出了宇宙大统一的图景——一个极具神秘色彩的十维宇宙。超弦理论还给我们带来一个更加令人震惊的结果:我们的空间结构居然是离散的,而不是连续的!在我们的日常经验中,空间和时间总是无限可分的,但事实却大谬不然。

空间和时间都有自己的最小值:空间的最小尺度为10~33厘米,时间的最小值是10~43秒。因为当空间小到10~33厘米后,时间和空间就会融为一体,空间维度就会高达十维,在这样的情况下,即使空间还能分割,那也是我们目前所不能了解的了。事实上,量子理论就是关于“离散的量”理论,“量子”一词的含意就是“一个量”或“一个离散的量”。早在1900年,量子理论刚诞生时,科学家们就发现,在微小的粒子世界,能量是一份一份发出的,而不是连续发出的。就像人民币的最小单位是“分”,乒乓球只能一个一个地买,而不能半个半个地买,这些都是日常生活中关于事物不可无限分割的例子。虽然当时科学家已经知道了粒子能量的不连续性,但他们却不知道为何有这种不连续性,只是被迫接受而已。但现在我们都知道了,这与空间的不连续性密切相关。正是由于空间有最小的、不可分割的单位,才会影响到基本粒子的能量发射方式。宇宙弦现在,我们基于时间和空间是连续的旧理论必须被抛弃,在普朗克尺度下,弦是一段一段的,开弦就是一段线,闭弦就是一个圆圈,每一个弦片携带的都是一份一份的动量和能量。

空间具有一个最小的、不可分割的值,这个不可思议的现象会导致什么样的结果呢?我们很容易想到:我们宏观的空间结构是由一份份最小的空间包组合起来,在这一份份的空间包中间,极有可能存在着我们无法探测的空间裂缝!所谓“虫洞理论”中在空间中凿开一个洞口的设想,从理论上来说真的是可行的,这就是寻找相邻空间包之间的裂缝,然后用难以想象的高能量轰开这个裂缝,一个虫洞就出现了!可以说,小小的十维空间包以及它们之间的裂缝存在于我们空间的每一个角落,只要我们有足够的能量,我们可以在任何地方凿开一个虫洞。

同类推荐
  • 生命的密码上(破解人类文明与科学之谜)

    生命的密码上(破解人类文明与科学之谜)

    宇宙茫茫,星空浩瀚。亿万年来,宇宙每天都在人类的面前,炫示着她的神奇与伟大,灿烂与深邃。
  • 大自然神秘现象

    大自然神秘现象

    大海中为何会有一个被称为“魔鬼三角”的“平行世界”?叮咚泉水如何具有治病救人的灵气?终年冰雪覆盖的南极竟有暖水湖……动物的千年不死,植物的食人之谜,恐龙的突然灭绝,麦田圈的奇迹……大自然玄幻莫测,到处充满扑朔迷离的秘密。残缺的古垣,神秘的遗址:吴哥城、巴别塔、空中花园、玛雅文明……也许仍有失落的文明,在等待找寻。
  • 自然密码百科(奥秘世界百科)

    自然密码百科(奥秘世界百科)

    宇宙天地和自然世界真是丰富多彩、纷繁庞杂,使我们对于那许许多多的难解之谜,不得不密切关注和发出疑问。人们总是不断地去认识它,勇敢地去探索它。虽然今天科学技术日新月异,达到了很高程度,但对于许多奥秘还是难以圆满解答。人们都希望发现天机,破解奥秘。古今中外许许多多的科学先驱不断奋斗,一个个奥秘不断解开,推进了科学技术的大发展,但又发现了许多新的奥秘现象,又不得不向新的问题发起挑战。正如达尔文所说:“我们认识自然界的固有规律越多,这种奇妙对于我们就更加不可思议。”科学技术不断发展,人类探索永无止境,解决旧问题,探索新领域,这就是人类一步一步发展的足迹。
  • 人类对月球的开发

    人类对月球的开发

    阿姆斯特朗代表所有的“地球人”向月球迈出第一步时说道:“这一步对于一个人来说是小小的一步,但对整个人类来说却是巨大的一步。”这一步标志着人类对于月球已不在处于单纯的幻想阶段了,科学家们对于月球的科学探索,一步步地揭示出月球的本来面目。在对月球的开发中,人类也开始在各项航天事业中积极谋求国际上的合作。
  • 生命与医学

    生命与医学

    《生命与医学》介绍了生命的一些特征和医学的一些知识,主要内容包括有生命有什么基本特征、生命的物质基础是什么、什么是基因、基因工程是怎么开始的、什么是人类基因组计划、你了解细胞吗等。
热门推荐
  • 前任屠宰场

    前任屠宰场

    和你在一起是为了谈恋爱,现在分手了,还是把你宰了吧。用这款APP可以把前任屠宰掉,一件下单,永远消失!
  • 雷锋叔叔的故事(注音版)

    雷锋叔叔的故事(注音版)

    雷锋的名字家喻户晓,这本书是小学生注音版,为了更好的教导小朋友,他们可以自己阅读,可以让更多的同学乐于助人,从小学抓起。
  • 自我成长的力量

    自我成长的力量

    丛非从近年来最具影响力、历经考验与实践的45篇精选文章。本书内容结合读者普遍性的困惑,以亲密关系、理解自己和他人的能力、自恋与自卑、安全感、成熟的人格、自我发展与完善等不同的主题,发表了作者关于个人成长的心理学见解。作者对大众的心理困惑有准确的把握,对人的情感、认知有深入、系统的体察。语言冷感而幽默,阅读感轻松。但内容本质理性而温暖,动人且充满正能量。45篇成长主张使我们可以觉察自己、改变自己、活出自己,收获更好的命运!
  • 穿越原始成为巫

    穿越原始成为巫

    巫宇穿越到了原始时代,成了部落的巫。没错,这里的女人,都还没有……好吧,就让文明从遮羞开始吧。“我的部落我做主。”巫宇就此踏上了征服原始世界的荣耀之路。与天斗、与地斗、与兽斗、与人斗,其乐无穷。播文明、攀科技、建城池、战四方,舍我其谁。
  • 数据入侵全世界

    数据入侵全世界

    本人第一次写小说,写的不好,请多多包涵===========本小说主要已机战动漫电影为题材,一切小说为主。
  • 我若成魔

    我若成魔

    男主年幼之时被魔人暗算成魔,却入了仙门,后被逐出,结实了魔人却是在利用男主,两难之间的男主被逼迫,仙人追杀魔人抗压,最后一念成魔......
  • 暴君好难缠:大牌弃妃太难追

    暴君好难缠:大牌弃妃太难追

    甩不掉的暴君,自恋狂妄,跋扈嚣张,还没见面就赏了她二十大板子。帅气的苍云,强势霸道,身份复杂,门主?丐帮帮主?某人的爹?还有那惜字如金的“冷情杀手”又是何方神圣?她堂堂21世纪新新人类,怎忍受得了他的残暴不仁?
  • 裁决武神

    裁决武神

    一个叫做无痕的乞儿,因一场偶然间的奇遇。经过各种坎坷,最终站在世界巅峰裁决众生!
  • 周末聚餐

    周末聚餐

    《周末聚餐》根据周末聚餐的特点、人体的营养结构和不同人的饮食喜好,精选了近百种适合于周末聚餐的食谱,搭配合理,运用巧妙,富含营养,让你吃得美味,吃得舒畅。《周末聚餐》内容丰富,实用性强,通俗易懂,是普通大众的有益参考书。
  • 辣手医女

    辣手医女

    所谓人性之根,不过贪、嗔、痴、恨、爱、恶、欲——红颜劫所谓人世之苦,不过生、老、病、死、怨憎会、爱别离、五阴炽盛、求不得——红颜泪所谓人心之变,皆源于爱、恨、情、仇——红颜乱她冷漠孤傲,她静若处子,她聪慧灵动。有覆手翻云之能却只笑看花开花落。你且随她们去,听听看她们的故事。--情节虚构,请勿模仿