廣袤的宇宙 复雜的時空——科學家探索另外時空

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(http://www.epochtimes.com)
【大紀元5月20日訊】美國東南海域百慕大三角海區,因頻繁發生飛机船只失蹤事件而聞名于世。1970年一架從美國飛机飛越百慕大上空時突然從雷達熒光屏上消失了10分鐘,与地面失去聯系。飛机著陸后發現飛机上及所有乘客的鐘表都慢了10分鐘。無獨有偶,日本野島琦海域被稱為亞洲的“百慕大三角”。逾百艘輪船,包括很多万吨巨輪神秘失蹤,許多前往救援的船只卻沒有發現失蹤輪船飛机的任何蛛絲馬跡。

科學家對這些神秘現象作了很多种解釋,但是都不能令人信服。有一种解釋認為:可能這是人或物體進入了另外時空,或者進入另外時空后又出來回到我們這物質空間來的結果。在另外的時空,時間場与我們這個時空的時間場不一樣。它的時間相對我們這個空間可能過得很慢,在我們這個空間里的几十年在那個時間場中可能只是几秒。那么另外時空到底是否存在呢?

現在科學家們對時空的認識經歷了三個階段。

第一階段,牛頓提出了“絕對時空觀”。他從經典物理學的成果出發,把宇宙看成是机械的,看成是一個以固定規律運轉的一個精密的机器,比如地球圍著太陽旋轉,星系象一個巨大鐘表的很多齒輪一樣。這就是机械的宇宙觀,是絕對時間、絕對空間的框架體系,把時間与空間完全割裂開來。

第二階段,以愛因斯坦的相對論為基礎,摒棄了牛頓的絕對時空的概念,將空時結合起來建立了相對論時空觀。對于任何一個慣性系,時間是用相對于這個慣性系靜止的、同樣构造的鐘來度量的。廣義相對論時空觀又取消了慣性系的概念,以彎曲的空間概念把物質、運動、時空聯系在一起,否認了時間、空間割裂的思維。但是愛因斯坦的相對論是描述靜態的、孤立的、均勻分布的時空,沒有建立高維動態空時流形的物理概念,沒有分析時空結构的演變。而且新的觀測事實,如水星進動、X射線爆發源對愛因斯坦的廣義相對論發起了挑戰 。

第三階段,現代科學已經認識到我們存在的時空世界事實上是十分复雜的,決不只是存在我們人類用肉眼可以感知到的三維空間。在這基礎上,人們發展了現代時空理論。現代時空論的觀點是宇宙是由各种不同維度的空時結构組成。高維空時流形的實質是复能量流,即空間的實質是能量流 。比如超弦理論認為:真實的時空是高維的,可能是10維,也可能是26維等 。若以10維的為例,量子力學認為一切粒子均有波動性,粒子能量越大,其波長越小。若某維空間尺度遠遠小于粒子波長,則這一維時空將相對我們封閉起來。若發射的粒子具有較大的能量,那么其粒子波長就會很小,當小于某維空間尺度時,此維空間將被突破ii。最新的超弦理論研究還指出,宇宙相當于全息成像的產物。例如馬爾達塞納的模型認為4維的場可以認為是5維場的全息投影,就象激光全息攝影中三維物體被投射到二維的平面上一樣。在全息的宇宙里,某一體積內所有事物的信息會以某种方式顯示在其表面 。

關于量子物理時空觀,著名的量子物理學家、牛津大學教授德伊茲教授作了最好的表述,他說:“量子力學本質上是關于多個平行宇宙的解釋,有些宇宙和我們這個宇宙很相似,而另一些則很不一樣。在我們附近的宇宙可能只跟我們宇宙相差一個光子,而最遠的那些宇宙則跟我們的宇宙完全不同。”,“現實世界并不是由一個宇宙构成,但是我們只能在它的一個層面上活動。”

另外近十余年來,隨著量子物理學和廣義相對論的交匯,特別是規范場理論中對稱破缺相變的最新進展,現代宇宙學提出了許多宇宙形成假說。宇宙大爆炸理論、暴脹宇宙論和宇宙弦理論就是這些理論中很重要的一部分。根据1983年A. Linde提出的混沌暴脹宇宙模型,極早期宇宙中存在著若干個空間疇,每一個空間疇將作指數膨脹,形成大小超過可觀測宇宙的微宇宙泡。每一個微宇宙泡可以演化為一個對應的宇宙,而我們生活的這個宇宙只是由其中一個微宇宙泡暴脹演化而來的 。這些宇宙是連通的。根据1935年愛因斯坦提出的“虫洞”(Wormholes)理論。虫洞能扭曲空間,是宇宙的隧道,可以令原來相隔億万公里的地方變成近在咫尺。也就是說不同的子宇宙空間可通過虫洞聯結,但“虫洞”的引力極其大,以至于可以毀滅所有進入它的物質vii。

如前所述,現代科學已經認識到了多個時空的存在,并提出了以上各种理論,但是這些理論還存在很多問題,比如對于宇宙大爆炸理論,我們無法解釋0~10-43秒之間宇宙是什么狀態?為什么極早期宇宙中粒子和反粒子數目不對稱?為什么宇宙中光子數和粒子數之比為10-9數量級i?1964年發現的所謂的“大爆炸火球”,在1992年后的觀測中有溫度的波動,即其密度是在密与疏之間波動,這与宇宙大爆炸理論的推論不相符。又例如,1997年1月9日,權威科學雜志《Nature》上的一篇關于星系分布的文章指出,超級星云是按規則晶格排列的, 每個長方形的格子邊長三億六千万光年。Estonia的Tartu觀測中心的J. Einasto博士報道,整個分布就象一個三維的棋盤。1990年2月,英國Durham 大學天文學家T.J. Broadhurst 和一個多國科學家組成的小組,在范圍不大的一塊天空區域向縱深觀察,一直達到60億光年遠。這种筆心式(Pencil Beam)掃描顯示出,星云間是以3 億光年間隔的密度按周期分布的。天文學家已經知道星系會組成片狀或絲狀的星云,圍繞著沒有星系的空間運轉,但周期性的結构是非常出乎意料的。所有這些觀測結果向我們原先對宇宙的認識提出了挑戰。根据宇宙大爆炸理論,星云應該是隨机地分布在整個宇宙中的。加州大學伯克利分校的Marc Davis博士說,如果星系的分布真的是周期性的,那么完全可以說,我們對宇宙的早期情況實際上一無所知。超弦理論也存在困難,比如弦論提出的量子色動力學(QCD)標准模型能把強作用力、弱作用力、電磁力統一起來,但很難引力也統一進去 。再有,是不是宇宙間就只存在這四种基本作用力?宇宙間的g射線超能爆發就不能簡單歸結為這四种力的作用。超弦理論對此也無法解釋。另外,弦論中維數的概念本身沒有解釋宇宙演化的物理本質,它的結論是不可檢驗的(物理學家必須建造一個周長為1000光年的粒子加速器,而整個太陽系的周長才一光天)。超弦理論在物理學領域把數學工具用到了極致,被稱為“數學之舞”,把宇宙的演化變成了純“數學游戲”,甚至失去了物理意義,成了“美學”的作品。總之,現在人們對于宇宙、時空的認識還有待于進一步完善。

科學在不斷發展,隨著科學家們的不斷努力, “美國百慕大三角之謎”終會揭開,或許在不久的將來,我們就可以進入到另外時空,進行激動人心的星際旅行呢。

摘自新生網 (http://www.dajiyuan.com)


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