“无知的人类”——如何冲破维度的藩篱,踏上维际之旅?( 四 )


19世纪 , 黎曼第一次把几何的数学基础置于高维空间 。 黎曼通过证明这些在常人看米十分奇怪的宇宙完全自洽且符合其内在逻辑 , 而改变了下一个世纪的数学进程 。 2000多年来 , 科学家们不时地捡起高维空间的想法 , 又仅仅因为不可验证而抛弃它 。 虽然黎曼的高维几何理论从数学的角度引起人们的兴趣 , 然而它还是被认为是技巧性很强但没有什么用处而不予考虑 。 在高维理论上甘愿以他们的荣誉冒险的科学家们发现 , 他们自己正被科学界所嘲笑 。 高维空间变成了神秘主义者、思想怪诞者以及江湖术士们的最后一个避难所 。
通过研究这些早期神秘主义者们的工作 , 我们也可以更加清楚地看到 , 在他们的研究工作中哪些内容正在逐渐消失 。 我们看到他们的猜想缺乏两个重要观念∶一个是物理原理 , 另一个是数学原理 。 从现代物理角度看 , 我们现在知道 , 他们所缺少的物理原理就是超维空间使自然规律简单化 , 从而提供了用纯几何学方法统一所有自然力的可能性 。 他们所缺少的数学原理称为场论 , 它是理论物理学中普遍使用的数学语言 。
场论 , 物理学的语言场论由19世纪英国大科学家法拉第首先引入 。 他把空间任意一点的这些数字总括起来作为单一的实体处理 , 这就是场 。
简单地说 , 场就是定义在空间每一点的数字的集合 。 这些数字完整地描述了所对应空间各点的力 。 例如 , 空间每一点的3个数字能描述磁力线的强度和方向 。 空间各点的另外3个数字能够描述电场 。 法拉第的场占有空间的三维区域 。 在每一点 , 都有一个由6个数组成的数组来描述这点的磁力线和电力线 。

为了理解力的本质 , 我们还必须能建立这些场所遵守的方程 。 例如 , 在19世纪60年代 , 苏格兰物理学家麦克斯韦建立了电磁场方程 。 1915年 , 爱因斯坦发现了引力的场方程 。 经过无数次错误的尝试之后 , 利用杨振宁和他的学生米尔斯(R.L.Mills)的早期工作 , 20世纪70年代亚原了力的场方程最终被建立了 。 这些场控制着所有的亚原子粒子之间的相互作用 。 现在这些场被称作为杨-米尔斯场 。 然而 , 使物理学家们困惑不解的难题是为什么亚原子的场方程与爱因斯坦的场方程具有如此巨大的差异 。
如果限制在三维或四维空间 , 亚原子世界的场方程与引力就难以统一 。 超维空间理论的优点 , 就是杨-米尔斯场、麦克斯韦场以及爱因斯坦场都能被恰当地纳入超维空问场之中 。 超维空间理论的另一个优点是 , 它允许我们精确地计算空间和时间构成虫洞所需的能量 。
创生的奥秘弗罗因德提醒我们 , 探测第十维必须具有的能量超过了我们最大的原子对撞机所产生能量的1000万亿倍 。 把时空扭成一些结所需的能量 , 在今后几百年甚至几千年中还无法获得 。 即使世界上所有国家通力合作制造一个能够探测超维空间的机器 , 他们最终的结果也还是失败 。 因此 , 虽然爱因斯坦定律和量子理论的定律也许有可能允许时间旅行 , 但是它却不在像我们这些凡人的能力范围之内 。 我们几乎不能逃脱我们自己这颗行星微弱的引力场 。
只有一段时间真能达到如此巨大的能量 , 那就是宇宙创生的时刻 。 只有在大爆炸的时刻 , 我们才能看到超空间理论发挥的全部威力 。 这引起了一种激动人心的可能性 , 那就是超维空间理论有可能解开宇宙起源的奥秘 。

在探索宇宙创生的奥秘方面 , 引进高维可能至关重要 。 按照这种理论 , 在大爆炸之前 , 我们的宇宙实际上是一个完美的十维宇宙 , 一个可能实现维际旅行的世界 。 然而 , 这个十维世界是不稳定的 , 它最终“裂”而为二 , 产生了两个分开的宇宙∶一个是四维宇宙 , 另一个是六维宇宙 。 我们居住的宇宙就在那个宇宙剧变的时刻诞生了 。 我们的四维宇宙像爆炸般地膨胀 , 而它的孪生六维宇宙却在剧烈地收缩 , 直到它收缩到儿乎是无穷小的地步 。 这可能就解释了大爆炸的起源 。
如果正确的话 , 这个理论将证明宇宙的暴胀只是一个更加大得多的宇宙剧烈变动的一次相当次要的余震而已 。 这次剧烈变动使空间和时间本身开裂了 。 于是 , 驱使可观测到的宁宙膨胀的能量 , 乃是存在于十维空间和时间的坍缩之中 。 根据这个理论 , 出于十维空间和时间原初的坍缩 , 遥远的恒星和星系便以天文速度退离我们而去 。
这个理论预言 , 我们的宇宙仍然有一个侏儒李生兄弟 , 一个伴宇宙 。 它卷曲成一个六维小球 , 其尺度小得很难被观测到 。 这个六维宇宙远远不只是我们世界的无用的附属物 , 它最终可能是我们的救世主 。

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